(57)【要約】  ２つ以上の内部容量，１つ以上の増幅器および２つ以上の内部スイッチを有するスイッチドキャパシタ回路と、該スイッチドキャパシタ回路の次段に設けられたサンプリング容量および該サンプリング容量の接続をオン／オフ制御するサンプリングスイッチを有する負荷回路と、を有する回路において、第１動作モードおよび第２動作モードを含む２種類以上の動作モードを有し、前半の前記第１動作モードでは、前記次段のサンプリングスイッチをオフして、前記スイッチドキャパシタ回路の出力電圧と前記次段のサンプリング容量を切り離すと共に、前記スイッチドキャパシタ回路で演算を行い、後半の前記第２動作モードでは、前記次段のサンプリングスイッチをオンして、前記スイッチドキャパシタ回路の出力電圧を前記次段のサンプリング容量にサンプリングし、そして、前記スイッチドキャパシタ回路は、前記第１動作モードにおいて、１つ以上の前記内部容量を前記内部スイッチで切り離すように構成する。
2011027465.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つ以上の内部容量，１つ以上の増幅器および２つ以上の内部スイッチを有するスイッチドキャパシタ回路と、
該スイッチドキャパシタ回路の次段に設けられたサンプリング容量および該サンプリング容量の接続をオン／オフ制御するサンプリングスイッチを有する負荷回路と、を有する回路において、
第１動作モードおよび第２動作モードを含む２種類以上の動作モードを有し、
前半の前記第１動作モードでは、前記次段のサンプリングスイッチをオフして、前記スイッチドキャパシタ回路の出力電圧と前記次段のサンプリング容量を切り離すと共に、前記スイッチドキャパシタ回路で演算を行い、
後半の前記第２動作モードでは、前記次段のサンプリングスイッチをオンして、前記スイッチドキャパシタ回路の出力電圧を前記次段のサンプリング容量にサンプリングし、そして、
前記スイッチドキャパシタ回路は、前記第１動作モードにおいて、１つ以上の前記内部容量を前記内部スイッチで切り離すことを特徴とするスイッチドキャパシタ回路。
【請求項２】
請求項１に記載のスイッチドキャパシタ回路において、
前記増幅器は、演算増幅器であり、
前記第２動作モードでは、前記内部容量のうち，前記第１動作モードで前記演算増幅器の入力端子と出力端子間に接続した第１内部容量以外の全ての内部容量を、前記内部スイッチで切り離すことにより、前記演算増幅器が帰還量『１』の全帰還動作を行うことを特徴とするスイッチドキャパシタ回路。
【請求項３】
請求項１または２に記載のスイッチドキャパシタ回路において、
前記第１動作モードの動作時間および前記第２動作モードの動作時間の比率を変化させることを特徴とするスイッチドキャパシタ回路。
【請求項４】
請求項１または２に記載のスイッチドキャパシタ回路において、
前記第１動作モードおよび前記第２動作モードでの前記増幅器の電源電流を異なる値に設定することを特徴とするスイッチドキャパシタ回路。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載のスイッチドキャパシタ回路と、
入力する信号をＡＤ変換する１個以上の比較器を含むサブＡＤ変換器と、を有するＡＤ変換回路であって、
前記スイッチドキャパシタ回路は、前記入力する信号を増幅した第１信号および前記入力する信号をＡＤ変換した第２信号に基づいた加減算係数を使用して、参照電圧を加減算した結果を出力することを特徴するＡＤ変換回路。
【請求項６】
請求項５に記載のＡＤ変換回路おいて、
前記スイッチドキャパシタ回路の前記内部容量は、前記増幅器の入力端子と出力端子間に接続された第１内部容量と、前記増幅器の前記入力端子と前記参照電圧を供給する参照電源線に接続された第２内部容量と、を含み、
前記第１内部容量は、前記第１動作モードおよび前記第２動作モードで前記増幅器の前記入力端子と前記出力端子間に接続され、
前記第２内部容量は、前記第１動作モードでは前記増幅器の前記入力端子と前記参照電源線間に前記内部スイッチのうちの第１内部スイッチを介して接続され、前記第２動作モードでは前記第１内部スイッチにより前記増幅器の前記入力端子から切断されることを特徴するＡＤ変換回路。
【請求項７】
請求項５または６に記載のＡＤ変換回路において、
前記比較器は、前記入力する信号の電圧を、前段のスイッチドキャパシタ回路の前記第２動作モードの出力結果を使用して比較判定することを特徴するＡＤ変換回路。
【請求項８】
請求項５または６に記載のＡＤ変換回路において、
前記比較器は、前記入力する信号の電圧を、前段のスイッチドキャパシタ回路の前記第１動作モードの出力結果を使用して比較判定することを特徴するＡＤ変換回路。
【請求項９】
請求項５または６に記載のＡＤ変換回路において、
前記比較器は、前記入力する信号の電圧を、前段のスイッチドキャパシタ回路の前記第１動作モードおよび前記第２動作モードの両方の出力結果を使用して比較判定し、
前記第２動作モードで前記比較器が前記入力する信号の電圧を比較する比較レベルを、前記第１動作モードで前記比較器が前記入力する信号の電圧を比較した比較結果に応じて切り換えることを特徴するＡＤ変換回路。
【請求項１０】
請求項９に記載のＡＤ変換回路において、
前記比較器の１個以上は、前記第１動作モードおよび前記第２動作モードの両方で使用されることを特徴するＡＤ変換回路。
【請求項１１】
請求項１〜４のいずれか１項に記載のスイッチドキャパシタ回路を、第１スイッチドキャパシタ回路および第２スイッチドキャパシタ回路として２つ有するスイッチドキャパシタ回路群であって、
前記第１および第２スイッチドキャパシタ回路は、前記第１動作モードおよび前記第２動作モードのアナログ演算を異なる期間に実行し、
前記第１および第２スイッチドキャパシタ回路における前記内部容量は、サンプリング動作時にそれぞれ入力する信号をサンプリングするサンプリング容量群、並びに、アナログ演算を行う第１および第２アナログ演算容量群を有し、
前記アナログ演算の前記第１動作モード時は、前記第１アナログ演算容量群および前記第２アナログ演算容量群が前記増幅器に接続され、前記アナログ演算の前記第２動作モード時は、前記第１アナログ演算容量群が前記増幅器から切り離されると共に、前記サンプリング容量群が前記第１アナログ演算容量群に全て含まれるか、または、同じ容量群であり、
前記第１スイッチドキャパシタ回路の前記サンプリング容量群、および、前記第２スイッチドキャパシタ回路の前記サンプリング容量群の少なくとも一部を共用化することを特徴とするスイッチドキャパシタ回路群。
【請求項１２】
請求項１１に記載のスイッチドキャパシタ回路群において、
前記第１スイッチドキャパシタ回路における前記サンプリング容量群および前記第１アナログ演算容量群は、前記第２スイッチドキャパシタ回路における前記サンプリング容量群および前記第１アナログ演算容量群と同じ容量群であり、
前記第１スイッチドキャパシタ回路における前記第２アナログ演算容量群および前記第２スイッチドキャパシタ回路における前記第２アナログ演算容量群は、それぞれ前記第１および第２スイッチドキャパシタ回路の各サンプリング動作時に、その両端の電荷を一定値にリセットすることを特徴とスイッチドキャパシタ回路群。
【請求項１３】
請求項５〜１０のいずれか１項に記載のＡＤ変換回路を、第１ＡＤ変換回路および第２ＡＤ変換回路として２つ有するＡＤ変換回路群であって、
前記第１ＡＤ変換回路における第１スイッチドキャパシタ回路並びに前記第２ＡＤ変換回路における第２スイッチドキャパシタ回路は、前記第１動作モードおよび前記第２動作モードのアナログ演算を異なる期間に実行し、
前記第１および第２ＡＤ変換回路における前記内部容量は、サンプリング動作時にそれぞれ入力する信号をサンプリングするサンプリング容量群、並びに、アナログ演算を行う第１および第２アナログ演算容量群を有し、
前記アナログ演算の前記第１動作モード時は、前記第１アナログ演算容量群および前記第２アナログ演算容量群が前記増幅器に接続され、前記アナログ演算の前記第２動作モード時は、前記第１アナログ演算容量群が前記増幅器から切り離されると共に、前記サンプリング容量群が前記第１アナログ演算容量群に全て含まれるか、または、同じ容量群であり、
前記第１スイッチドキャパシタ回路の前記サンプリング容量群、および、前記第２スイッチドキャパシタ回路の前記サンプリング容量群の少なくとも一部を共用化することを特徴とするＡＤ変換回路群。
【請求項１４】
請求項１３に記載のＡＤ変換回路群において、
前記第１スイッチドキャパシタ回路における前記サンプリング容量群および前記第１アナログ演算容量群は、前記第２スイッチドキャパシタ回路における前記サンプリング容量群および前記第１アナログ演算容量群と同じ容量群であり、
前記第１スイッチドキャパシタ回路における前記第２アナログ演算容量群および前記第２スイッチドキャパシタ回路における前記第２アナログ演算容量群は、それぞれ前記第１および第２スイッチドキャパシタ回路の各サンプリング動作時に、その両端の電荷を一定値にリセットすることを特徴とＡＤ変換回路群。
【請求項１５】
請求項１４に記載のＡＤ変換回路群において、
前記第１および第２ＡＤ変換回路は、２個従属接続されていることを特徴とするＡＤ変換回路群。
【請求項１６】
請求項１４に記載のＡＤ変換回路群において、
前記第１および第２ＡＤ変換回路は、２個並列接続されていることを特徴とするＡＤ変換回路群。
【請求項１７】
請求項１５または１６に記載のＡＤ変換回路群において、
前記第１および第２ＡＤ変換回路における前記増幅器を共用化することを特徴とするＡＤ変換回路群。
【請求項１８】
請求項５〜１０のいずれか１項に記載のＡＤ変換回路を２個以上有し、そのうちの２個のＡＤ変換回路を従属接続するか、或いは、請求項１５に記載のＡＤ変換回路群を１個以上有することを特徴とするパイプライン型ＡＤ変換回路。
【請求項１９】
請求項１６または１７に記載のＡＤ変換回路群を１個以上有して並列処理を行うことを特徴とする循環比較型ＡＤ変換回路。
【請求項２０】
請求項５〜１０のいずれか１項に記載のＡＤ変換回路を１個以上有し、
１つのアナログ入力のＡＤ変換動作において、少なくとも前記ＡＤ変換回路を２回以上使用することを特徴とするＡＤ変換回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この出願で言及する実施例は、スイッチドキャパシタ回路およびＡＤ変換回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
スイッチドキャパシタ回路は、高精度で低消費電力のＡＤ(Analog-to-Digital)変換器，ＤＡ(Digital-to-Analog)変換器およびフィルタ等に広く適用されている。【０００３】
すなわち、スイッチドキャパシタ回路は、容量,スイッチおよび増幅器を有し、例えば、パイプライン型ＡＤ変換回路や循環比較型ＡＤ変換回路の基本セルのMDAC(Multiplying DAC)等に適用されている。【０００４】
なお、本明細書では、ＡＤ変換回路およびそれに適用されるスイッチドキャパシタ回路(MDAC)を例として説明するが、上述したように、スイッチドキャパシタ回路は、ＤＡ変換器やフィルタ等に対しても適用することができる。【０００５】
ところで、従来、スイッチドキャパシタ回路を適用したパイプライン型ＡＤ変換回路および循環比較型ＡＤ変換回路としては、様々なものが提案されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Shoji Kawahito(川人 祥二 著), "Low-Power Design of Pipeline A/D Converters", IEEE Custom Integrated Circuits Conference 2006, pp.505-512, 2006
【非特許文献２】Kunihiko Gotoh et al.(後藤 邦彦 他著), "3 STATES LOGIC CONTROLLED CMOS CYCLIC A/D CONVERTER", IEEE Custom Integrated Circuits Conference 1986, pp.366-369, 1986
【非特許文献３】Chin-Chen Lee, "A NEW SWITCHED-CAPACITOR REALIZATION FOR CYCLIC ANALOG-TP-DIGITAL CONVERTER", IEEE 1983, pp.1261-1265, 1983
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述したように、スイッチドキャパシタ回路は、例えば、パイプライン型ＡＤ変換回路のMDAC等に適用されている。【０００８】
近年、システムの高機能なデジタル信号処理化が進み、高精度で高速処理が可能なＡＤ変換回路が益々重要になってきている。また、例えば、携帯機器においては、さらなる低電力動作、並びに、回路の占有面積の低減等も求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
一実施形態によれば、スイッチドキャパシタ回路と、負荷回路と、を有する回路において、第１動作モードおよび第２動作モードを含む２種類以上の動作モードを有するスイッチドキャパシタ回路が提供される。【００１０】
前記スイッチドキャパシタ回路は、２つ以上の内部容量，１つ以上の増幅器および２つ以上の内部スイッチを有する。また、前記負荷回路は、前記スイッチドキャパシタ回路の次段に設けられたサンプリング容量および該サンプリング容量の接続をオン／オフ制御するサンプリングスイッチを有する。【００１１】
前半の前記第１動作モードでは、前記次段のサンプリングスイッチをオフして、前記スイッチドキャパシタ回路の出力電圧と前記次段のサンプリング容量を切り離すと共に、前記スイッチドキャパシタ回路で演算を行う。【００１２】
後半の前記第２動作モードでは、前記次段のサンプリングスイッチをオンして、前記スイッチドキャパシタ回路の出力電圧を前記次段のサンプリング容量にサンプリングする。【００１３】
そして、前記スイッチドキャパシタ回路は、前記第１動作モードにおいて、１つ以上の前記内部容量を前記内部スイッチで切り離す。
【発明の効果】
【００１４】
開示のスイッチドキャパシタ回路およびＡＤ変換回路は、演算動作の高速化，増幅器の低消費電力化，或いは，回路の占有面積の低減等を実現することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１Ａ】ＡＤ変換回路の一例を示すブロック図である。
【図１Ｂ】図１ＡのＡＤ変換回路の動作を説明するための図(その１)である。
【図１Ｃ】図１ＡのＡＤ変換回路の動作を説明するための図(その２)である。
【図２Ａ】MDACの一例およびその動作を説明するための図(その１)である。
【図２Ｂ】MDACの一例およびその動作を説明するための図(その２)である。
【図２Ｃ】MDACの一例およびその動作を説明するための図(その３(である。
【図３Ａ】１．５ｂ構成のMDACの一例をサンプリング時とホールド時に分けて示す回路図である。
【図３Ｂ】図３ＡのMDACの動作を説明するための図(その１)である。
【図３Ｃ】図３ＡのMDACの動作を説明するための図(その２)である。
【図３Ｄ】図３ＡのMDACの動作を説明するための図(その３)である。
【図４Ａ】２．５ｂ構成のMDACの一例をサンプリング時とホールド時に分けて示す回路図である。
【図４Ｂ】図４ＡのMDACの動作を説明するための図(その１)である。
【図４Ｃ】図４ＡのMDACの動作を説明するための図(その２)である。
【図５】MDACの演算時の動作速度とオペアンプの消費電流の関係を説明するための図である。
【図６】MDAC方式のＡＤ変換回路の無負荷時における性能を比較して示す図である。
【図７】MDACのアナログ演算および次段サンプリング時の動作を説明するための図である。
【図８Ａ】第１実施例のMDACにおけるアナログ演算の動作を説明するための図である。
【図８Ｂ】第１実施例のMDACにおける次段サンプリングの動作を説明するための図である。
【図９Ａ】第１実施例のMDACおよびその動作を説明するための図(その１)である。
【図９Ｂ】第１実施例のMDACおよびその動作を説明するための図(その２)である。
【図１０Ａ】第１実施例のMDACの一例を示す回路図である。
【図１０Ｂ】図１０ＡのMDACの動作を説明するための図である。
【図１１】第１実施例のMDACと図３Ａに示すMDACの性能を比較して示す図である。
【図１２】第１実施例を変形したMDACと図４Ａに示すMDACの性能を比較して示す図である。
【図１３Ａ】第２実施例のMDACおよびその動作を説明するための図(その１)である。
【図１３Ｂ】第２実施例のMDACおよびその動作を説明するための図(その２)である。
【図１４Ａ】第２実施例のMDACの一例を示す回路図である。
【図１４Ｂ】図１４ＡのMDACの動作を説明するための図である。
【図１５Ａ】第３実施例のMDACおよびその動作を説明するための図(その１)である。
【図１５Ｂ】第３実施例のMDACおよびその動作を説明するための図(その２)である。
【図１６Ａ】第３実施例のMDACの一例を示す回路図である。
【図１６Ｂ】図１６ＡのMDACの動作を説明するための図である。
【図１７】第３実施例のMDACと図３Ａおよび図４Ａに示す各MDACで必要とする比較器の数を比較して示す図である。
【図１８Ａ】MDACの他の例およびその動作を説明するための図(その１)である。
【図１８Ｂ】MDACの他の例およびその動作を説明するための図(その２)である。
【図１９Ａ】前述した第１実施例のMDACおよびその動作を説明するための図(その１)である。
【図１９Ｂ】前述した第１実施例のMDACおよびその動作を説明するための図(その２)である。
【図２０Ａ】１．５ｂ構成のMDACの第１構成例をサンプリング時とホールド時に分けて示す回路図である。
【図２０Ｂ】図２０ＡのMDACの動作を説明するための図(その１)である。
【図２０Ｃ】図２０ＡのMDACの動作を説明するための図(その２)である。
【図２０Ｄ】図２０ＡのMDACの動作を説明するための図(その３)である。
【図２１Ａ】１．５ｂ構成のMDACの第２構成例をサンプリング時とホールド時に分けて示す回路図である。
【図２１Ｂ】図２１ＡのMDACの動作を説明するための図(その１)である。
【図２１Ｃ】図２１ＡのMDACの動作を説明するための図(その２)である。
【図２１Ｄ】図２１ＡのMDACの動作を説明するための図(その３)である。
【図２２Ａ】第２構成例のMDACの基本動作を説明するための図(その１)である。
【図２２Ｂ】第２構成例のMDACの基本動作を説明するための図(その２)である。
【図２３Ａ】第４実施例のMDACおよびその動作を説明するための図(その１)である。
【図２３Ｂ】第４実施例のMDACおよびその動作を説明するための図(その２)である。
【図２４Ａ】第４実施例のMDACの一例を示す回路図である。
【図２４Ｂ】図２４ＡのMDACの動作を説明するための図である。
【図２５】並列MDACにおける第１構成例のMDACの基本動作を説明するための図である。
【図２６Ａ】並列MDACにおける第２構成例のMDACの基本動作を説明するための図(その１)である。
【図２６Ｂ】並列MDACにおける第２構成例のMDACの基本動作を説明するための図(その２)である。
【図２７Ａ】第５実施例のMDACおよびその動作を説明するための図(その１)である。
【図２７Ｂ】第５実施例のMDACおよびその動作を説明するための図(その２)である。
【図２８Ａ】第５実施例のMDACの一例を示す回路図である。
【図２８Ｂ】図２８ＡのMDACの動作を説明するための図である。
【図２９】第４実施例および第５実施例のMDACと図２２Ａおよび図２６Ａに示すMDACの性能を比較して示す図である。
【図３０】各実施例のMDACが適用されるパイプライン型ＡＤ変換回路の一例を概略的に示すブロック図である。
【図３１】各実施例のMDACが適用される循環比較型ＡＤ変換回路の一例を概略的に示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
まず、各実施例を詳述する前に、図１Ａ〜図７を参照して、スイッチドキャパシタ回路およびＡＤ変換回路、並びに、それらにおける問題点を説明する。
【００１７】
図１ＡはＡＤ変換回路の一例を示すブロック図であり、また、図１Ｂおよび図１Ｃは図１ＡのＡＤ変換回路の動作を説明するための図である。ここで、図１Ａ〜図１Ｃを参照して説明するＡＤ変換回路はパイプライン型ＡＤ変換回路である。
【００１８】
なお、パイプライン型ＡＤ変換回路において、高速化および低電力化並びに小面積化で重要になる回路は、基本セルとして使用されるMDAC(Multiplying DAC：スイッチドキャパシタ回路)である。
【００１９】
図１Ａに示されるように、パイプライン型ＡＤ変換回路１は、サンプルホールド(S/H)回路11、Ｎ−１段のステージ回路(STG-1〜STG-(N-1))10-1〜10-(N-1)、最終段のフラッシュＡＤ変換器(フラッシュADC)12およびデジタル補正回路(コード変換回路)13を有する。
【００２０】
サンプルホールド回路11は、入力電圧VINをサンプリングして保持し、フラッシュADC12は、ＡＤ変換した信号DONをそのままデジタル補正回路13に出力する。
【００２１】
デジタル補正回路13は、フラッシュADC12からの出力信号DONと共に、各ステージ回路10-1〜10-(N-1)からの出力信号DO1〜DO(N-1)を受け取って入力電圧VINをＡＤ変換したデジタル信号DOを出力する。
【００２２】
各ステージ回路10はMDAC100およびサブＡＤ変換器(ADC)110を有し、MDAC100はサブＤＡ変換器(DAC)101およびアナログ演算部102を有する。なお、サブＤＡＣ101は、サブＡＤＣ110からの信号DA(i)に応じて電圧+VR, 0(SG), -VRをアナログ演算部102へ出力する。
【００２３】
後述するように、MDAC100は２個以上の容量(内部容量)と増幅器とスイッチ(内部スイッチ)を含むスイッチドキャパシタ回路を有し、入力信号VIN(i)を増幅した結果と入力信号をAD変換した結果DA(i)を用いて参照電圧VRの定数倍を加減算したアナログ演算を行う。
【００２４】
各MDAC100(各ステージ回路10-1〜10-(N-1))の出力VO(i)は、次段の回路(次段のステージ回路10-2〜10-(N-1)またはフラッシュADC12)の入力信号として供給される。
【００２５】
すなわち、図１Ｂに示されるように、例えば、アナログの入力信号VINを４ビットのデジタル信号に変換して出力する場合(Ｎ＝４)、まず、VIN(1)に関して、期間T(1)で最上位ビット(MSB)の信号DO1(1)が出力され、また、期間T(2)で信号DO2(1)が出力される。
【００２６】
さらに、期間T(3)で信号DO3(1)が出力され、また、期間T(4)で最下位ビット(LSB)の信号DO4(1)が出力される。そして、期間T(5)において、デジタル補正回路13で２値化されたデジタル出力ADCO(1)が出力される。
【００２７】
同様に、VIN(2)に関して、期間T(2)で最上位ビットの信号DO1(2)が出力され、また、期間T(3)で信号DO2(2)が出力される。
【００２８】
さらに、期間T(4)で信号DO3(2)が出力され、また、期間T(5)で最下位ビットの信号DO4(2)が出力される。そして、期間T(6)において、デジタル補正回路13で２値化されたデジタル出力ADCO(2)が出力される。
【００２９】
ここで、各ステージにおける演算は、VO(i)＝ｍ*[VIN(i)−｛DA(i)/m｝*VR]により行われ、図１Ｃに示されるように、例えば、信号DO1〜DO4が『１，０，−１，１』のとき、デジタル補正13は、２値化処理したデジタル出力ADCO『０１１１』を出力する。なお、ｍは信号増幅率を表している。
【００３０】
パイプライン型ＡＤ変換回路１は、MDAC100を従属接続して１クロックで複数の処理を進めることにより、入力から出力までの遅延(レイテンシ)は大きくなるが、変換速度の高速化を可能としている。
【００３１】
なお、パイプライン型ＡＤ変換回路は、高精度化も必要分解能に応じてステージの段数を規定すればよいため、要求性能に対してフレキシブルな設計を行うことができる。
【００３２】
このように、パイプライン型ＡＤ変換回路は、精度と変換速度のカバー範囲が広いため、例えば、デジタルＡＶ機器や無線通信回路等の様々な電子機器に幅広く適用されている。
【００３３】
図２Ａ，図２Ｂおよび図２ＣはMDACの一例およびその動作を説明するための図であり、図１ＡのＡＤ変換回路におけるMDACの動作を説明するためのものである。
【００３４】
ここで、図２ＢはMDAC1およびMDAC2の処理を示し、また、図２ＣはMDAC1の処理のみを示している。さらに、図２Ａにおいて、参照符号OP1, OP2は、演算増幅器(オペアンプ：増幅器)を示している。
【００３５】
なお、図２Ａ〜図２Ｃでは、変換タイミングＴを４つの期間(1)〜(4)に分けているが、これは、後述する各実施例の説明に対応させるためであり、実際には、期間(1)＋(2)と期間(3)＋(4)の２つの期間の動作として説明することができる。
【００３６】
すなわち、例えば、図２Ｂおよび図２Ｃでは、一連の動作を繰り返す時間(変換タイミングＴ)に対して(1)〜(4)の期間に四分割して描いている。従って、期間の長さは、(1)＋(2)＝(3)＋(4)＝Ｔ／２になっている。
【００３７】
また、本明細書および添付の図面では、説明を容易にするために、シングルエンド信号を処理する場合を記載しているが、差動信号を処理する場合でも基本的な形態は同じである。
【００３８】
さらに、図２Ａでは、MDAC1およびMDAC2の２つのMDACが描かれているが、基本動作は前段のMDAC1について説明し、後段のMDAC2は前段のMDAC1の負荷状態を理解し易くするために用いている。
【００３９】
まず、図２Ａに示されるように、アナログ信号の処理回路であるMDACは、容量(Ｃ),スイッチ(ＳＷ)および演算増幅器(ＯＰ：オペアンプ)を含むスイッチドキャパシタ(ＳＣ)回路とされている。
【００４０】
MDACの基本動作は、まず、期間(1)＋(2)において、MDAC1ではアナログ入力信号(VIN)をサンプリング容量C1S(＝C1n1＋C1n2)でサンプリングする。また、同じ期間(1)＋(2)において、比較器を有するサブＡＤ変換器ADC1(110)を用いて、デジタル出力結果DO(DO1)と参照電圧VRの加減算係数DA(DA1)を決める。
【００４１】
次に、期間(3)＋(4)において、オペアンプOP1と容量C1n1, C1n2とADC1による比較結果を用いたDAC出力電圧を印加することで、アナログ演算結果VO1を出力する。
【００４２】
この結果は、同時に次段MDAC(MDAC2)の入力信号VIN2として、サンプリング容量C2S(２つの容量C2n1, C2n2)にサンプリングされると同時に、次段のサブＡＤ変換器ADC2(110)の入力信号になる。
【００４３】
なお、図２Ｃにおいて、後に詳述するように、MDAC1が演算を行う期間(3)＋(4)では、容量C1n1が演算用の容量(C1MDAC)になり、容量C1n2がホールド容量(C1H)になり、そして、次段のMDAC2のサンプリング容量C2S(＝C2n1＋C2n2)が負荷になる。
【００４４】
すなわち、期間(3)＋(4)では、ホールド容量C1H(C1n2)がオペアンプOP1の出力端子と負入力端子の間に接続され、また、演算容量C1MDAC(C1n1)がサブＤＡ変換器(101)の出力端子とオペアンプOP1の負入力端子の間に接続されることになる。そして、オペアンプOP1の出力端子には、次段のMDAC2のサンプリング容量C2S(C2n1＋C2n2)が接続されることになる。
【００４５】
図３Ａは１．５ｂ構成のMDACの一例をサンプリング時とホールド時に分けて示す回路図であり、また、図３Ｂ，図３Ｃおよび図３Ｄは、図３ＡのMDACの動作を説明するための図である。
【００４６】
図３Ａにおいて、参照符号SWC1は、信号MCLKおよびSHSELを受け取り、スイッチ制御信号を出力するスイッチ制御部、また、101はサブＤＡＣ、CMP1およびCMO2はコンパレータ、DFF1およびDFF2はフリップフロップ、そして、L01はロジック部を示している。
【００４７】
まず、図３Ａの左側，並びに，図３Ｂの期間(1)および(2)((1)＋(2))に示されるように、MDAC1のサンプリング(Ｓ)時において、スイッチ制御部SWC1は、スイッチSWS1A/1B/2A/2BおよびSWADCINに対する制御信号を高レベル『Ｈ』にしてこれらのスイッチをオンする。
【００４８】
ここで、コンパレータCMP1およびCMP2は、スイッチSWADCINがオンすると、比較電圧VCMPとして与えられる入力電圧VINをそれぞれ基準電圧1/4*VRおよび-1/4*VRと比較し、その比較結果をフリップフロップDFF1およびDFF2の入力端子に供給する。
【００４９】
さらに、期間(1)＋(2)のMDAC1のサンプリング時において、スイッチ制御部SWC1は、スイッチSWH1A/1B/2Bに対する制御信号およびCLKADCを低レベル『Ｌ』にする。これにより、スイッチSWH1A/1B/2Bはオフし、また、フリップフロップDFF1, DFF2はディセーブルになる。
【００５０】
前述したように、MDAC1が入力信号VINをサンプリングするサンプリング容量C1Sは、スイッチSWS1A, SWS1BおよびSWS2Bがオンして容量C1n1およびC1n2が並列接続されるため、サンプリング容量C1Sは、C1S＝C1n1＋C1n2になる。そして、C1n1＝C1n2＝C0/2とすると、C1S＝C1n1＋C1n2＝C0になる。
【００５１】
次に、図３Ａの右側，並びに，図３Ｂの期間(3)および(4)((3)＋(4))に示されるように、MDAC1のホールド(Ｈ：演算)時において、スイッチ制御部SWC1は、スイッチSWS1A/1B/2A/2BおよびSWADCINに対する制御信号を『Ｌ』にしてこれらのスイッチをオフする。
【００５２】
さらに、期間(3)＋(4)のホールド時において、スイッチ制御部SWC1は、スイッチSWH1A/1B/2Bに対する制御信号およびCLKADCを『Ｈ』にする。これにより、スイッチSWH1A/1B/2Bはオンし、また、フリップフロップDFF1, DFF2はイネーブルになって入力データをラッチして保持する。
【００５３】
ここで、フリップフロップDFF1およびDFF2の出力信号はロジック部LO1に供給され、ロジック部LO1は、デジタル出力DOおよび加減算係数DA1を出力する。なお、加減算係数DA1は、サブＤＡＣ101に供給されている。
【００５４】
また、ホールド容量C1Hおよび演算容量C1MDACは、C1H＝C0/2およびC1MDAC＝C0/2になり、帰還量βは、β＝C1H/(C1H＋C1MDAC)＝1/2になり、そして、信号増幅率ｍは、ｍ＝C1S/C1H＝２になる。
【００５５】
すなわち、期間(3)＋(4)では、ホールド容量C1H(C1n2)がオペアンプOP1の出力端子と負入力端子の間に接続され、また、演算容量C1MDAC(C1n1)がサブＤＡ変換器(101)の出力端子とオペアンプOP1の負入力端子の間に接続されることになる。
【００５６】
なお、信号増幅率ｍ＝２のとき、VIN/VRとVO/VRの間には、図３Ｃに示す関係が成立している。また、入力電圧VIN(比較電圧VCMP), デジタル出力DO, 加減算係数DA1, サブＤＡＣ101の出力電圧VDA1およびオペアンプOP1の出力電圧VOは、それぞれ図３Ｄのようになる。
【００５７】
ここで、出力電圧VOは、VO＝ｍ*｛VIN−(DA/m)*VR｝で、ｍ＝２なので、VO＝2*VIN−DA*VRになる。
【００５８】
すなわち、入力電圧VINが+VR≧VIN≧+(1/4)*VRのとき、DOは+01、DAは+1、VDA1は+VRおよびVOは2*VIN-VRになり、また、入力電圧VINが+(1/4)*VR≧VIN≧-(1/4)*VRのとき、DOは00、DAは0、VDA1は0およびVOは2*VINになる。
【００５９】
さらに、入力電圧VINが-(1/4)*VR≧VIN≧-VRのとき、DOは-01、DAは-1、VDA1は-VRおよびVOは2*VIN+VRになる。
【００６０】
図４Ａは２．５ｂ構成のMDACの一例をサンプリング時とホールド時に分けて示す回路図であり、また、図４Ｂおよび図４Ｃは図４ＡのMDACの動作を説明するための図である。
【００６１】
図４Ａと前述した図３Ａとの比較から明らかなように、２．５ｂ構成のMDACでは、２．５ｂ構成のMDACにおける容量C1n1を２つの容量C1n11, C1n12に分割し、それぞれに対してサブＤＡＣ101a, 101bおよびスイッチSWS11B, SWH11B; SWS12B, SWH12Bを設けている。
【００６２】
さらに、図３Ａにおける２つのコンパレータCMP1, CMP2を６個のコンパレータCMP11〜CMP16とし、各コンパレータCMP11〜CMP16に対してそれぞれ６分割した電圧5/8*VR, 3/8*VR, 1/8*VR, -1/8*VR, -3/8*VR, -5/8*VRを印加して入力電圧VIN(VCMP)との比較を行う。
【００６３】
各コンパレータCMP11〜CMP16の出力信号は、フリップフロップDFF1１〜DFF１６を介してロジック部LO1に供給され、ロジック部LO1は、サブＤＡＣ101a, 101bに供給する２つの加減算係数DA1, DA2およびデジタル出力DOを出力する。
【００６４】
そして、図４Ａの左側に示されるように、MDAC1のサンプリング時において、スイッチ制御部SWC1は、スイッチSWS1A/2B/11B/12BBおよびSWADCINに対する制御信号を『Ｈ』にしてこれらのスイッチをオンする。
【００６５】
さらに、MDAC1のサンプリング時において、スイッチ制御部SWC1は、スイッチSWH1A/2B/11B/12Bに対する制御信号およびCLKADCを『Ｌ』にして、スイッチSWH1A/2B/11B/12Bをオフし、また、フリップフロップDFF11〜DFF16をディセーブルにする。
【００６６】
このとき、サンプリング容量C1Sは、スイッチSWS11B, SWS12BおよびSWS2Bがオンして容量C1n11, C1n12およびC1n2が並列接続されるため、C1S＝C1n11＋C1n12＋C1n2になる。そして、C1n11＝C0/2, C1n2＝C1n12＝C0/4とすると、C1S＝C1n11＋C1n12＋C1n2＝C0になる。
【００６７】
次に、図４Ａの右側に示されるように、MDAC1のホールド時において、スイッチ制御部SWC1は、スイッチSWS1A/2B/11B/12BおよびSWADCINに対する制御信号を『Ｌ』にしてこれらのスイッチをオフする。
【００６８】
さらに、MDAC1のホールド時において、スイッチ制御部SWC1は、スイッチSWH1A/2B/11B/12Bに対する制御信号およびCLKADCを『Ｈ』にする。これにより、スイッチSWH1A/2B/11B/12Bはオンし、また、フリップフロップDFF1〜DFF16はイネーブルになって入力データをラッチして保持する。
【００６９】
すなわち、フリップフロップDFF1〜DFF16は、対応する各コンパレータCMP11〜CMP16の出力信号を取り込んで保持する。ここで、フリップフロップDFF1〜DFF16の出力信号はロジック部LO1に供給され、ロジック部LO1は、デジタル出力DOおよび加減算係数DA1, DA2を出力する。なお、加減算係数DA1およびDA2は、それぞれサブＤＡＣ101bおよび101aに供給されている。
【００７０】
また、ホールド容量C1Hおよび演算容量C1MDACは、C1H＝C0/4およびC1MDAC＝(3/4)*C0になり、帰還量βは、β＝C1H/(C1H＋C1MDAC)＝1/4になり、そして、信号増幅率ｍは、ｍ＝C1S/C1H＝４になる。
【００７１】
なお、信号増幅率ｍ＝４のとき、VIN/VRとVO/VRの間には、図４Ｂに示す関係が成立している。
【００７２】
また、入力電圧VIN(比較電圧VCMP), デジタル出力DO, 加減算係数DA1,DA2, サブＤＡＣ101bおよび101aの出力電圧VDA1およびVDA2, 並びに, オペアンプOP1の出力電圧VOは、それぞれ図４Ｃ並びに図４Ｄのようになる。
【００７３】
ここで、出力電圧VOは、VO＝ｍ*｛VIN−(DA/m)*VR｝で、ｍ＝４なので、VO＝4*VIN−DA*VRになる。
【００７４】
すなわち、入力電圧VINが+VR≧VIN≧+(5/8)*VRのとき、DOは+011、DAは+3、VDA2は+VR、VDA1は+VRおよびVOは4*VIN-3*VRになり、また、入力電圧VINが+(5/8)*VR ≧VIN≧+(3/8)*VRのとき、DOは+010、DAは+2、VDA2は+VR、VDA1は0およびVOは4*VIN-2*VRになる。
【００７５】
さらに、入力電圧VINが+(3/8)*VR≧VIN≧+(1/8)*VRのとき、DOは+001、DAは+1、VDA2は0、VDA1は+VRおよびVOは4*VIN-VRになり、また、入力電圧VINが+(1/8)*VR ≧VIN≧-(1/8)*VRのとき、DOは000、DAは0、VDA2は0、VDA1は0およびVOは4*VINになる。
【００７６】
また、入力電圧VINが-(1/8)*VR≧VIN≧-(3/8)*VRのとき、DOは-001、DAは-1、VDA2は0、VDA1は-VRおよびVOは4*VIN+VRになり、さらに、入力電圧VINが-(3/8)*VR ≧VIN≧-(5/8)*VRのとき、DOは-010、DAは-2、VDA2は-VR、VDA1は0およびVOは4*VIN+2*VRになる。
【００７７】
そして、入力電圧VINが-(5/8)*VR≧VIN≧-VRのとき、DOは-011、DAは-3、VDA2は-VR、VDA1は-VRおよびVOは4*VIN+3*VRになる。
【００７８】
なお、説明は省略するが、３．５ｂおよび４．５ｂ等の他の構成のMDACに対しても、後述する各実施例を適用することが可能である。
【００７９】
図５はMDACの演算時(ホールド時)の動作速度とオペアンプの消費電流の関係を説明するための図であり、MDAC1の演算動作時の演算動作速度と増幅器の消費電流の関係を示すものである。
【００８０】
ここで、負荷をCLT, 帰還量をβ1，オペアンプOP1の電流をIAMPとすると、必要な変換時間T1は、下記の関係になる(式(5)を参照)。
【数１】
2011027465.tif 000003
【００８１】
ここで、TL1*IAMPとT2S*IAMPは、下記の関係になる(式(7)および(8)を参照)。なお、説明を容易にするために、図３Ａ〜図３Ｄおよび図４Ａ〜図４Ｃでは、C1MDAC＋C1H＝C1Sとしているが、この条件がなくても同様なことが言える。
【数２】
2011027465.tif 000004
【００８２】
MDAC(MDAC1)のサンプリング容量C1Sは、熱雑音(kT/C)で規定されるため、これを図３Ａ〜図３Ｄおよび図４Ａ〜図４Ｃでは、基準値として一定の値C0としている。また、信号増幅率(ｍ)は、C1S/C1Hで表される。
【００８３】
すなわち、図３Ａ〜図３Ｄ(１．５ｂ構成のMDAC)の場合は、ｍ＝２であり、図４Ａ〜図４Ｃ(２．５ｂ構成のMDAC)の場合は、ｍ＝４である。従って、図３Ａ〜図３Ｄおよび図４Ａ〜図４ＣのMDACを、信号増幅率ｍを使ってC1HおよびC1MDACを表現すると下記のようになる(式(10)および(11)を参照)。
【数３】
2011027465.tif 000005
【００８４】
次段のMDAC(MDAC2)のサンプリング容量C2Sは、一般的に信号増幅率(m)に対して、(1/m)倍にしてよいが、最小容量値の制限を考慮する必要がある。すなわち、下記の(A)および(B)の２種類を考慮する必要がある。
【数４】
2011027465.tif 000006
【００８５】
図６はMDAC方式のＡＤ変換回路の無負荷時における性能を比較して示す図であり、信号増幅率ｍ＝２およびｍ＝４のそれぞれにおいて、無負荷時と有負荷時をスケーリング(Scaling)有無の条件を加えて示すものである。
【００８６】
ここで、スケーリング有の場合とは、各段のMDACの容量を、例えば、ｍ＝２(１．５ｂ構成のMDAC)の場合には、後段に行くに従って１／２ずつ低減し、ｍ＝４(２．５ｂ構成のMDAC)の場合には、後段に行くに従って１／４ずつ低減するものである。一方、スケーリング無の場合とは、MDACの容量を各段で全て等しくしたものである。
【００８７】
図６に示されるように、無負荷時に比べて、負荷が有ると２倍以上の変換時間(T*IAMPを参照)が必要になり、特に、図５に示す容量C2Sがスケーリング無だと速度低下が極めて大きくなるのが分かる。
【００８８】
また、多ビット(ｍ＝４)の場合、容量C2Sがスケーリング無だと無負荷時に比べて変換速度(演算速度)が６倍以上低いことが分かる。すなわち、無付加時に比べて増幅器(オペアンプ)の電源電流を一定にすると、変換に要する時間が２倍以上必要(変換速度が半分以下)になることが分かる。
【００８９】
このように、MDAC(スイッチドキャパシタ回路)では、例えば、次段のサンプリング容量による負荷が有ると、負荷が無いときに比べて２倍以上の変換(演算)時間が必要になる。さらに、このMDACの変換速度に関しては、スケーリングが無いと速度低下が大きくなり、また、多ビット化になる程、速度低下が大きくなる。
【００９０】
図７はMDAC(スイッチドキャパシタ回路：ＳＣ回路)のアナログ演算および次段サンプリング時の動作を説明するための図であり、上述したアナログ演算(ホールド動作)時の動作を簡略化して説明するものである。
【００９１】
図７に示されるように、アナログ演算を行うＳＣ回路11(MDAC1)では、容量C1MDACおよびC1Hが接続(使用)されている。また、演算増幅器(オペアンプ：増幅器)OP1の出力には、その出力電圧VO(0)をサンプリングするために、次段のＳＣ回路12(MDAC2)のサンプリング容量C2Sが接続される。
【００９２】
すなわち、ＳＣ回路11では、ホールド容量C1HがオペアンプOP1の出力端子と負入力端子の間に接続され、また、演算容量C1MDACがサブＤＡ変換器(101)の出力端子とオペアンプOP1の負入力端子の間に接続される。そして、オペアンプOP1の出力端子には、次段のＳＣ回路1２のサンプリング容量C2Sが接続されることになる。
【００９３】
従って、ＳＣ回路11がアナログ演算を行っている間、オペアンプOP1の負荷として次段のＳＣ回路12のサンプリング容量C2Sが接続されるため、増幅器の電源電流を増大しなければならない。
【００９４】
このことは、消費電力の増加と共に、増幅器のサイズが増大することによる占有面積の増大をきたし、コスト増にも繋がることになる。
【００９５】
次に、添付図面を参照して、一実施形態のスイッチドキャパシタ回路およびＡＤ変換回路の実施例を詳述する。
【００９６】
図８Ａは第１実施例のMDACにおけるアナログ演算の動作を説明するための図であり、また、図８Ｂは第１実施例のMDACにおける次段サンプリングの動作を説明するための図である。
【００９７】
上述した図７と図８Ａおよび図８Ｂとの比較から明らかなように、本第１実施例では、アナログ演算(ホールド動作)を前半動作モードと後半動作モードの２つのモードに分けて処理を行う。
【００９８】
すなわち、図８Ａに示す前半動作モードでは、次段のＳＣ回路12(MDAC2)のサンプリング容量C2Sを未接続としてＳＣ回路11(MDAC1)のアナログ演算を行う。
【００９９】
また、図８Ｂに示す後半動作モードでは、ＳＣ回路11において、演算用の容量C1MDACを切り離すことで帰還係数βを全帰還の『１』に設定し、次段のＳＣ回路12のサンプリング容量C2Sの出力電圧を蓄積する。
【０１００】
このように、アナログ演算を２つのモードに分けて処理を行うことにより、演算動作の高速化，増幅器の低消費電力化，或いは，回路の占有面積の低減等を実現することが可能になる。
【０１０１】
なお、本明細書では、主として、ＳＣ回路をMDACとして適用した例を説明するが、各実施例は、基本的にＳＣ回路の演算の高速化そのものを実現するものであり、ＳＣ回路およびＳＣ回路を適用した様々な回路に対して幅広く適用することが可能なものである。
【０１０２】
図９Ａおよび図９Ｂは第１実施例のMDACおよびその動作を説明するための図であり、変換タイミングＴを４つの期間(1)〜(4)に分割して説明するものである。
【０１０３】
図９Ａおよび図９Ｂと前述した図２Ａおよび図２Ｃとの比較から明らかなように、本第１実施例のMDACにおいて、まず、期間(1)において、MDAC1およびADC1(サブＡＤ変換器)は未使用で、MDAC2は演算(ホールド：Ｈ)を行う。
【０１０４】
なお、MDAC2のオペアンプOP2の出力は、後述する期間(3)におけるMDAC1のオペアンプOP1と同様に次段のMDAC(MDAC3)の負荷(C3S)から切り離され、無負荷になっている。
【０１０５】
次に、期間(2)において、ADC1は使用され、MDAC1はサンプリング(Ｓ)を行い、また、MDAC2は演算(全帰還演算)を行う。
【０１０６】
さらに、期間(3)において、MDAC2およびADC2(サブＡＤ変換器)は未使用で、MDAC1は演算を行う。なお、MDAC1のオペアンプOP1の出力は、次段のMDAC2の負荷(サンプリング容量C2S(＝C2n1＋C2n2))から切り離され、無負荷になっている。
【０１０７】
ここで、期間(3)におけるMDAC1の動作は、図８Ａを参照して説明したＳＣ11(MDAC1)の動作に対応している。なお、容量C1n1が演算容量C1MDACになり、容量C1n2がホールド容量C1Hになる。
【０１０８】
そして、期間(4)において、MDAC1は演算(全帰還演算)を行い、ADC2は使用され、MDAC2はサンプリングを行う。ここで、期間(4)におけるMDAC1の動作は、図８Ｂを参照して説明したＳＣ11(MDAC1)の動作に対応する。
【０１０９】
これにより、本第１実施例のMDACによれば、演算動作の高速化，増幅器の低消費電力化，或いは，回路の占有面積の低減等を図ることができる。
【０１１０】
ここで、期間(1)と期間(2)(期間(3)と期間(4))は、回路の動作速度や使用する容量の大きさ等を鑑みて適宜その比率を変化させることができる。また、期間(1)および期間(2)(期間(3)および期間(4))において、オペアンプOP1の電源電流を異なる値に設定することもできる。
【０１１１】
なお、この期間(1)と期間(2)(期間(3)と期間(4))の比率の変化、並びに、期間(1)および期間(2)(期間(3)および期間(4))におけるオペアンプの電源電流の制御は、第１実施例に限定されるものではなく、以下の第２実施例〜第５実施例においても行うことができる。
【０１１２】
図１０Ａは第１実施例のMDACの一例を示す回路図であり、また、図１０Ｂは図１０ＡのMDACの動作を説明するための図である。ここで、図１０Ａおよび図１０Ｂは、１．５ｂ構成のMDAC(MDAC1)を示すものである。
【０１１３】
また、図１０Ｂの各期間(1)〜(4)におけるMDAC1の回路は、前述した図９Ａの(1)〜(4)におけるMDAC1に対応している。
【０１１４】
図１０Ａにおいて、参照符号SWC1は、信号MCLKおよびSHSELを受け取り、スイッチ制御信号を出力するスイッチ制御部、また、101はサブＤＡＣ、CMP1およびCMO2はコンパレータ、DFF1およびDFF2はフリップフロップ、そして、L01はロジック部を示している。
【０１１５】
図１０Ａに示されるように、MDAC1(スイッチドキャパシタ回路)は、容量C1n1, C1n2(２つ以上の内部容量)，オペアンプOP1(１つ以上の増幅器)およびスイッチSWS1A/1B/2A/2B, SWH1A/1B, SWH2A/2B, SWADCIN(２つ以上の内部スイッチ)を有する。
【０１１６】
図１０Ａおよび図１０Ｂと前述した図３Ａおよび図３Ｂとの比較から明らかなように、両者のMDAC1は同様のものであるが、スイッチ制御部SWC1による各スイッチの制御が異なっている。
【０１１７】
まず、図１０Ｂの期間(1)において、スイッチ制御部SWC1は、スイッチSWS1A/1B/2A/2B, SWH1A/1B, SWH2A/2BおよびSWADCINに対する制御信号を低レベル『Ｌ』にしてこれらのスイッチをオフする。なお、信号CLKADCは『Ｌ』で、フリップフロップDFF1およびDFF2はディセーブルにされている。
【０１１８】
次に、図１０Ｂの期間(2)において、スイッチ制御部SWC1は、スイッチSWS1A/1B/2A/2BおよびSWADCINに対する制御信号を高レベル『Ｈ』にしてこれらのスイッチをオンする。なお、スイッチSWH1A/1B, SWH2A/2Bに対する制御信号および信号CLKADCは『Ｌ』のままになっている。
【０１１９】
これにより、期間(2)において、スイッチSWS1A/1B/2A/2BおよびSWADCINがオンして、MDAC1はサンプリング(Ｓ)を行う。すなわち、入力電圧VIN(比較電圧VCMP)は、コンパレータCMP1およびCMP2により、それぞれ基準電圧1/4*VRおよび-1/4*VRと比較され、その比較結果がフリップフロップDFF1およびDFF2の入力端子に供給される。
【０１２０】
また、期間(2)において、入力電圧VINは、サンプリング容量C1S(C1n1＋C1n2)によりサンプリングされる。
【０１２１】
さらに、図１０Ｂの期間(3)において、スイッチ制御部SWC1は、スイッチSWS1A/1B/2A/2BおよびSWADCINに対する制御信号を『Ｌ』にしてこれらのスイッチをオフし、スイッチSWH1A/1B, SWH2A/2Bに対する制御信号を『Ｈ』にする。なお、信号CLKADCは、『Ｈ』にされる。
【０１２２】
これにより、期間(3)において、コンパレータCMP1およびCMP2の比較結果は、フリップフロップDFF1およびDFF2に取り込まれて保持される。また、オペアンプOP1は、次段のMDAC2に対しても同様の制御が行われるので、次段のMDAC2の負荷(C2S)から切り離されて無負荷状態になる。
【０１２３】
すなわち、ホールド容量C1H(C1n2)はオペアンプOP1の出力端子と負入力端子の間に接続され、また、演算容量C1MDAC(C1n1)はサブＤＡ変換器101の出力端子とオペアンプOP1の負入力端子の間に接続される。そして、オペアンプOP1は、その出力端子が次段のMDAC2のサンプリング容量C2S(C2n1＋C2n2)から切り離されて無負荷状態で動作することになる。
【０１２４】
なお、期間(3)におけるMDAC1の動作は、図８Ａ，図９Ａおよび図９Ｂを参照して説明した通りである。
【０１２５】
そして、図１０Ｂの期間(4)において、スイッチ制御部SWC1は、スイッチSWH1A/1Bに対する制御信号を『Ｈ』から『Ｌ』にしてスイッチSWH1A/1Bをオフし、容量C1n1が切り離される。ここで、他のスイッチSWS1A/1B/2A/2B, SWADCINおよびSWH2A/2Bは、期間(3)と同じ状態に保持される。
【０１２６】
これにより、期間(4)において、MDAC1は全帰還演算を行うことになる。なお、期間(4)におけるMDAC1の動作は、図８Ｂ，図９Ａおよび図９Ｂを参照して説明した通りである。
【０１２７】
図１１は第１実施例のMDACと図３Ａに示すMDACの性能を比較して示す図であり、ｍ＝２、すなわち、１．５ｂ構成のMDACにおける性能改善量を示すものである。
【０１２８】
MDACの動作速度或いは消費電力に関連する図１１の『T*IAMP』に示されるように、第１実施例のMDACでは、図３ＡのMDACに比べて、スケーリング有の時は約３３％、また、スケーリング無の時は約４０％の高速化或いは低消費電力化が可能なことが分かる。
【０１２９】
すなわち、MDACの動作速度(Ｔ)を同一にした場合には、消費電力(オペアンプの電流をＩAMP)を低減することができ、また、オペアンプの電流(ＩAMP：消費電力)を同一にした場合には、MDACの動作速度(Ｔ)を高速化することができる。
【０１３０】
なお、上述した動作速度および消費電力に関しては、動作速度または消費電力のいずれかに注目し、それらの大きさを必要に応じて適宜設計することができる。この場合、例えば、各期間(1)〜(4)の時間(デューティ比)を調整するといった変更を行ってもよい。
【０１３１】
また、例えば、MDACを循環比較型ＡＤ変換回路に適用する場合、MDACによる最初または前半の処理時間を長くし、最後または後半の処理時間を短くするようにスイッチングタイミング(クロックの周期)を変化させるように設計するこもできる。
【０１３２】
図１２は第１実施例を変形したMDAC(２．５ｂ構成のMDACに適用したもの)と図４Ａに示すMDACの性能を比較して示す図であり、ｍ＝４、すなわち、２．５ｂ構成のMDACにおける性能改善量を示すものである。
【０１３３】
図１２の『T*IAMP』に示されるように、第１実施例を変形した２．５ｂ構成のMDACでは、図４ＡのMDACに比べて、スケーリング有の時は約４３％、また、スケーリング無の時は約６３％の高速化或いは低消費電力化が可能なことが分かる。
【０１３４】
なお、図１１で説明したように、『T*IAMP』に関しては、動作速度(Ｔ)または消費電力(ＩAMP)に注目してそれらの大きさを適宜設計することができ、また、各期間(1)〜(4)の調整も適宜行うことができる。
【０１３５】
ここで、MDAC(MDAC1)のアナログ演算時における前半動作モード(期間(3))および後半動作モード(期間(4))の時間、並びに、それら前半および後半動作モードの帰還量βを、それぞれTL1およびT2S、並びに、β1およびβ2とする。
【０１３６】
なお、本第１実施例のMDACのアナログ演算時における前半動作モード(期間(3))の動作は、前述した図６におけるｍ＝２の無負荷時の動作と同じになる。
【０１３７】
しかしながら、本第１実施例のMDACのアナログ演算時における後半動作モード(期間(4))の動作は、容量C1MDACが切り離されるため、帰還量βは『１』になる共に、容量CL1はほぼ『０』と見做してよいことになる。
【０１３８】
すなわち、次の式(16)〜(18)が成立する。
【数５】
2011027465.tif 000007
【０１３９】
ここで、T2S*IAMPの値を、図３ＡのMDACにおける式(15)と、上記第１実施例のMDACにおける式(18)とを比較すると、第１実施例のMDACの方がｍ倍高速化されているのが分かる。
【０１４０】
なお、以上の説明では、スイッチ制御部SWC1による各スイッチの切り換えタイミングの制御だけだが、例えば、期間(1)，(2)(期間(3)，(4))のデューティ比を制御、或いは、オペアンプの電源電流を制御することでより理想値に近い性能を発揮させることができる。
【０１４１】
図１３Ａおよび図１３Ｂは第２実施例のMDACおよびその動作を説明するための図であり、変換タイミングＴを４つの期間(1)〜(4)に分割して説明するものである。
【０１４２】
図１３Ａおよび図１３Ｂと前述した図９Ａおよび図９Ｂとの比較から明らかなように、本第２実施例のMDACにおいて、まず、期間(1)において、MDAC1は未使用だがADC1を使用するようになっている。なお、MDAC2は演算(ホールド：Ｈ)を行う。
【０１４３】
すなわち、本第２実施例のMDACは、期間(1)において、ADC1が使用され、図示しないMDAC1におけるサブＤＡＣ(例えば、図３ＡのサブＤＡＣ101参照)へ加減算係数DA1を供給するようになっている。なお、第１実施例のMDACにおいては、ADC1からサブＤＡＣへの加減算係数DA1の供給は期間(2)において行われている。
【０１４４】
次に、期間(2)において、MDAC1はサンプリング(Ｓ)を行い、また、MDAC2は演算(全帰還演算)を行う。なお、ADC1は、期間(1)の動作を継続している。
【０１４５】
さらに、期間(3)において、MDAC2は未使用だがADC2は使用され、MDAC1は演算を行う。なお、MDAC1のオペアンプOP1の出力は、次段のMDAC2の負荷(サンプリング容量C2S(＝C2n1＋C2n2))から切り離され、無負荷になっているのは第１実施例と同様である。
【０１４６】
すなわち、本第２実施例では、期間(3)において、ADC2が使用され、図示しないMDAC2におけるサブＤＡＣへ加減算係数DA2を供給するようになっている。
【０１４７】
そして、期間(4)において、MDAC1は演算(全帰還演算)を行い、MDAC2はサンプリングを行う。なお、ADC2は、期間(3)の動作を継続している。
【０１４８】
このように、本第２実施例のMDACは、例えば、MDAC1のアナログ演算結果が期間(1)および(2)の２つの期間で出力されることを利用し、ADC1における比較器(例えば、図１０ＡにおけるコンパレータCMP1, CMP2)の変換速度を緩和するようにしたものである。
【０１４９】
すなわち、本第２実施例によれば、ADC1のコンパレータCMP1, CMP2は、期間(1)の最終データを使用して期間(2)全体の時間をかけて比較処理を行えばよく、コンパレータCMP1, CMP2に対する高速動作の要求を緩和することができる。
【０１５０】
図１４Ａは第２実施例のMDACの一例を示す回路図であり、また、図１４Ｂは図１４ＡのMDACの動作を説明するための図である。ここで、図１４Ａおよび図１４Ｂは、１．５ｂ構成のMDAC(MDAC1)を示すものである。
【０１５１】
また、図１４Ｂの各期間(1)〜(4)におけるMDAC1の回路は、前述した図１３Ａの(1)〜(4)におけるMDAC1に対応している。
【０１５２】
図１４Ａと前述した図１０Ａとの比較から明らかなように、本第２実施例のMDAC(MDAC1)は、第１実施例のMDAC1に対して、スイッチSWASCINとADC1との間に設けられ、期間(1)においてサンプリング容量ＣSとして機能する容量CS(CMP)が設けられている。
【０１５３】
図１４Ａに示されるように、MDAC1(スイッチドキャパシタ回路)は、容量C1n1, C1n2, CS(CMP)(２つ以上の内部容量)，オペアンプOP1(１つ以上の増幅器)およびスイッチSWS1A/1B/2A/2B, SWH1A/1B, SWH2A/2B, SWADCIN(２つ以上の内部スイッチ)を有する。
【０１５４】
図１４Ｂの期間(1)において、スイッチ制御部SWC1は、スイッチSWS1A/1B/2A/2B, SWH1A/1B, SWH2A/2Bに対する制御信号を低レベル『Ｌ』にしてこれらのスイッチをオフし、スイッチSWADCINに対する制御信号を高レベル『Ｈ』にしてスイッチSWADCINをオンする。ここで、信号CLKADCは『Ｌ』で、フリップフロップDFF1およびDFF2はディセーブルにされている。
【０１５５】
すなわち、前述した図１０Ａおよび図１０Ｂを参照して説明したのと異なるのは、期間(1)において、スイッチSWADCINがオンされて、サンプリング容量ＣS(CMP)に比較電圧VCMP(入力電圧VIN)がサンプリングされる点である。
【０１５６】
次に、図１４Ｂの期間(2)において、スイッチ制御部SWC1は、スイッチSWS1A/1B/2A/2Bに対する制御信号を『Ｈ』にしてこれらのスイッチをオンし、また、スイッチSWADCINに対する制御信号を『Ｌ』にしてスイッチSWADCINをオフする。なお、スイッチSWH1A/1B, SWH2A/2Bに対する制御信号および信号CLKADCは『Ｌ』のままになっている。
【０１５７】
ここで、ADC1のコンパレータCMP1およびCMP2は、期間(1)において容量ＣS(CMP)にサンプリングされた比較電圧VCMPを期間(2)の最初からそれぞれ基準電圧1/4*VRおよび-1/4*VRと比較し、その比較結果がフリップフロップDFF1およびDFF2の入力端子に供給される。
【０１５８】
さらに、図１４Ｂの期間(3)において、スイッチ制御部SWC1は、スイッチSWS1A/1B/2A/2BおよびSWADCINに対する制御信号を『Ｌ』にしてこれらのスイッチをオフし、スイッチSWH1A/1B, SWH2A/2Bに対する制御信号を『Ｈ』にしてこれらのスイッチをオンする。なお、信号CLKADCも『Ｈ』にされる。
【０１５９】
これにより、期間(3)において、コンパレータCMP1およびCMP2の比較結果は、フリップフロップDFF1およびDFF2に取り込まれて保持される。ここで、オペアンプOP1は、次段のMDAC2の負荷(C2S)から切り離されるが、その出力電圧VO1は、次段のADC2のサンプリングＣS(CMP)によりサンプリングされる。
【０１６０】
そして、図１４Ｂの期間(4)において、スイッチ制御部SWC1は、スイッチSWH1A/1Bに対する制御信号を『Ｈ』から『Ｌ』にしてスイッチSWH1A/1Bをオフし、容量C1n1が切り離される。
【０１６１】
なお、他のスイッチSWS1A/1B/2A/2B, SWADCINおよびSWH2A/2Bは、期間(3)と同じ状態に保持される。これにより、期間(4)において、MDAC1は全帰還演算を行うことになる。
【０１６２】
図１５Ａおよび図１５Ｂは第３実施例のMDACおよびその動作を説明するための図であり、変換タイミングＴを４つの期間(1)〜(4)に分割して説明するものである。さらに、図１６Ａは第３実施例のMDACの一例を示す回路図であり、また、図１６Ｂは図１６ＡのMDACの動作を説明するための図である。
【０１６３】
図１５Ａ，図１５Ｂ，図１６Ａおよび図１６Ｂと、前述した図９Ａ，図９Ｂ，図１０Ａおよび図１０Ｂとの比較から明らかなように、本第３実施例は、第１実施例におけるコンパレータCMP1, CMP2を１つのコンパレータCMP0で兼用するようになっている。
【０１６４】
すなわち、図１６Ａと前述した図１０Ａとの比較から明らかなように、本第３実施例では、ADAC1に２つのスイッチSELADC1, SELADC2を設け１つのコンパレータCMP0を期間(1)および(2)でそれぞれ第１実施例のコンパレータCMP1およびCMP2として使用する。
【０１６５】
さらに、第１実施例のフリップフロップDFF1, DFF2のクロック端子に供給する共通の信号CLKADCを別々の信号CLKADC1, CLKADC2として各フリップフロップDFF1およびDFF2の活性化を個別に制御するようになっている。
【０１６６】
図１５Ａおよび図１５Ｂに示されるように、本第３実施例のMDACは、まず、期間(1)において、MDAC1は未使用だがADC1は使用され、また、MDAC2は演算(Ｈ)を行う。ここで、期間(1)におけるADC1の使用は、例えば、基準電圧1/4*VRと入力電圧VIN(比較電圧VCMP)を比較してフリップフロップDFF1に出力するためのものである。
【０１６７】
次に、期間(2)において、ADC1は使用され、MDAC1はサンプリング(Ｓ)を行い、そして、MDAC2は演算を行う。ここで、期間(2)におけるADC1の使用は、例えば、基準電圧-1/4*VRと比較電圧VCMPを比較してフリップフロップDFF２に出力するためのものである。
【０１６８】
すなわち、本第３実施例では、期間(1)におけるADC1の使用で基準電圧1/4*VRと比較電圧VCMPの比較が行われ、期間(2)におけるADC1の使用で基準電圧-1/4*VRと比較電圧VCMPの比較が行われる。そして、この期間(1)および(2)における基準電圧と比較電圧の比較には同じコンパレータが共用化されることになる。
【０１６９】
さらに、期間(3)において、MDAC2は未使用だがADC2は使用され、また、MDAC1は演算を行う。そして、期間(4)において、ADC2は使用され、MDAC1は演算を行い、MDAC2はサンプリングを行う。
【０１７０】
なお、ADC2に関して、期間(3)および(4)の使用は、次段における比較電圧と異なる基準電圧の比較を行うためであり、同じコンパレータが共用化されることになる。
【０１７１】
図１６Ａに示されるように、本第３実施例において、ADC1のコンパレータCMP0の一方の入力には、比較電圧VCMPが印加され、他方の入力には、スイッチSELADC1を介した基準電圧1/4*VRとスイッチSELADC2を介した基準電圧-1/4*VRとが選択的に印加されている。なお、スイッチSELADC1, SELADC2は、スイッチ制御部SWC1からの信号により制御される。
【０１７２】
図１６Ａに示されるように、MDAC1(スイッチドキャパシタ回路)は、容量C1n1, C1n2(２つ以上の内部容量)，オペアンプOP1(１つ以上の増幅器)およびスイッチSWS1A/1B/2A/2B, SWH1A/1B, SWH2A/2B, SWADCIN(２つ以上の内部スイッチ)を有する。
【０１７３】
図１６Ｂの期間(1)において、スイッチ制御部SWC1は、スイッチSWS1A/1B/2A/2B, SWH1A/1B, SWH2A/2B, SELADC2に対する制御信号を『Ｌ』にしてこれらのスイッチをオフし、スイッチSWADCIN, SELADC1に対する制御信号を『Ｈ』にしてこれらのスイッチをオンする。
【０１７４】
これにより、コンパレータCMP0には、比較電圧VCMP(入力電圧VIN)およびスイッチSELADC1を介した基準電圧1/4*VRが印加され、これらの電圧を比較してその比較結果を出力する。ここで、信号CLKADC1およびCLKADC2は、両方とも『Ｌ』になっており、フリップフロップDFF1およびDFF2はディセーブルにされている。
【０１７５】
次に、図１６Ｂの期間(2)において、スイッチ制御部SWC1は、スイッチSWS1A/1B/2A/2B, SELADC2に対する制御信号を『Ｈ』にしてこれらのスイッチをオンし、また、スイッチSELADC1に対する制御信号を『Ｌ』にしてスイッチSELADC1をオフする。なお、他のスイッチは、区間(1)のままになっている。
【０１７６】
ここで、期間(2)では、信号CLKADC1が『Ｌ』から『Ｈ』に変化し、これによりフリップフロップDFF1がイネーブルになって、コンパレータCMP0による比較電圧VCMPと基準電圧1/4*VRとの比較結果を取り込んで保持する。
【０１７７】
さらに、上述したように、期間(2)では、スイッチSELADC1がオフしてスイッチSELADC2がオンするため、コンパレータCMP0は、比較電圧VCMPとスイッチSELADC1を介して印加される基準電圧-1/4*VRを比較することになる。
【０１７８】
さらに、図１６Ｂの期間(3)において、スイッチ制御部SWC1は、スイッチSWS1A/1B/2A/2B, SWADCIN, SELADC2に対する制御信号を『Ｌ』にしてこれらのスイッチをオフし、スイッチSWH1A/1B, SWH2A/2Bに対する制御信号を『Ｈ』にしてこれらのスイッチをオンする。
【０１７９】
ここで、期間(3)では、信号CLKADC2が『Ｌ』から『Ｈ』に変化し、これによりフリップフロップDFF2がイネーブルになって、コンパレータCMP0による比較電圧VCMPと基準電圧-1/4*VRとの比較結果を取り込んで保持する。
【０１８０】
これにより、ロジック部L01は、フリップフロップDFF1が保持している比較電圧VCMPと基準電圧1/4*VRとの比較結果、並びに、フリップフロップDFF2が保持している比較電圧VCMPと基準電圧-1/4*VRとの比較結果を受け取り、所定の論理演算を行うことになる。
【０１８１】
そして、図１６Ｂの期間(4)において、スイッチ制御部SWC1は、スイッチSWH1A/1Bに対する制御信号を『Ｈ』から『Ｌ』にしてスイッチSWH1A/1Bをオフする。なお、各期間(1)〜(4)における他の動作は、前述した第１および第２実施例の説明から明らかなので、その説明は省略する。
【０１８２】
このように、本第３実施例によれば、ADC1におけるコンパレータを共用化することで、ハード構成を低減することが可能になる。
【０１８３】
図１７は第３実施例のMDACと図３Ａおよび図４Ａに示す各MDACで必要とする比較器の数を比較して示す図である。
【０１８４】
図１７に示されるように、信号増幅率ｍ＝２(１．５ｂ構成のMDAC)の場合には、ADC(ADC1)におけるコンパレータCMP1, CMP2を１つのコンパレータCMP0にすることができ、コンパレータ数を半減することが可能である。
【０１８５】
さらに、信号増幅率ｍ＝４(２．５ｂ構成のMDAC)の場合、例えば、図１４ＡにおけるコンパレータCMP11〜CMP16(６個)は、上述した第３実施例を適用することにより３個に半減することができる。
【０１８６】
なお、図１７は単なる例を示すものであり、これに限定されるものではなく、信号増幅率ｍがより大きく(多ビット)になれば、コンパレータ数の低減の効果はより大きなものになる。
【０１８７】
図１８Ａおよび図１８ＢはMDACの他の例およびその動作を説明するための図であり、パイプライン型ＡＤ変換回路の小面積化および低電力化を図るために、オペアンプを共用化するものである。
【０１８８】
ここで、以下に説明する各図において、前述したサブＡＤ変換器ADC1およびADC2は、第４実施例および第５実施例には直接関係しないので省略してある。
【０１８９】
図１８Ａおよび図１８Ｂと、図２Ａおよび図２Ｂとの比較から明らかなように、図１８Ａおよび図１８Ｂに示すMDACでは、図２Ａ〜図２Ｃを参照して説明したMDACにおいて、オペアンプOP1およびOP2を１つのオペアンプ(OP1)で共用化するようになっている。
【０１９０】
すなわち、MDAC1において、入力電圧VINのサンプリングを行うサンプリングモード(期間(1)＋(2)：Ｓ)ではオペアンプが不要になり、演算を行うホールドモード(期間(3)＋(4)：Ｈ)でのみオペアンプが使用される。
【０１９１】
ここで、MDAC2は、MDAC1と逆相で動作するため、入力電圧(前段のMDAC1の出力電圧VO1＝VIN2)のサンプリングを行うサンプリングモード(期間(3)＋(4)：Ｓ)ではオペアンプが不要になる。そして、演算を行うホールドモード(タイミング(1)＋(2)：Ｈ)でのみオペアンプ使用されている。
【０１９２】
そこで、MDAC1とMDAC2のオペアンプが必要な期間が異なることを利用して、期間(1)＋(2)では、オペアンプ(OP1)をMDAC2のオペアンプOP2として使用し、また、期間(3)＋(4)では、オペアンプOP1をMDAC1のオペアンプOP1として使用するようになっている。なお、図示しないサブＡＤ変換器ADC1, ADC2のコンパレータに関しても共用化することは可能である。
【０１９３】
しかしながら、MDACの容量(MDAC1の演算容量C1n1, C1n2およびMDAC2の演算容量C2n1, C2n2)は個別に設ける必要があり、共用化することはできていない。
【０１９４】
図１９Ａおよび図１９Ｂは前述した第１実施例のMDACおよびその動作を説明するための図である。
【０１９５】
図１９Ａおよび図１９Ｂに示されるように、例えば、図９Ａに示すような第１実施例のMDACにおいても、１つのオペアンプ(OP1)を前後のMDAC(例えば、MDAC1およびMDAC2)で共用化することが可能である。
【０１９６】
また、図１５Ａ〜図１７を参照して説明したように、第３実施例のMDACにおいては、MDACの演算出力が２回(H(1)およびH(2))出力されることを利用して、コンパレータ数を低減することが可能であった。
【０１９７】
ここで、図１９Ａおよび図１９Ｂに示されるように、C1n1は期間(1)および(4)で未使用になり、C1n2は期間(1)で未使用になり、C2n1は期間(2)および(3)で未使用になり、そして、C2n2は期間(3)で未使用になっている。
【０１９８】
後述する第４および第５実施例のMDACは、MDACの容量(MDAC1のC1n1, C1n2およびMDAC2のC2n1, C2n2)の未使用期間を利用して、容量に関しても共用化を図るものである。
【０１９９】
ここで、MDACの回路構成に関して、具体的に、例えば、１．５ｂ構成のMDACは、第１構成例(タイプＩ)および第２構成例(タイプII)の２種類の回路構成が考えられる。
【０２００】
図２０Ａは１．５ｂ構成のMDACの第１構成例(タイプＩ)をサンプリング時とホールド時に分けて示す回路図であり、また、図２０Ｂ〜図２０Ｄは図２０ＡのMDACの動作を説明するための図である。
【０２０１】
さらに、図２１Ａは１．５ｂ構成のMDACの第２構成例(タイプII)をサンプリング時とホールド時に分けて示す回路図であり、また、図２１Ｂ〜図２１Ｄは図２１ＡのMDACの動作を説明するための図である。
【０２０２】
ここで、図２０Ａ〜図２０Ｄは、前述した図３Ａ〜図３Ｄに対応し、図３Ａ〜図３ＤのMDAC1におけるADC1(サブＡＤ変換器)および関連する信号を省略したものに対応する。
【０２０３】
なお、図８Ａ〜図１７の第１実施例〜第３実施例のMDACは、タイプＩの回路に基づいたものになっているが、第１実施例〜第３実施例のMDACとしてタイプIIの回路に適用することも可能である。
【０２０４】
まず、図２０Ａ〜図２０Ｄに示されるように、すなわち、図３Ａ〜図３Ｄを参照して説明したように、図２０Ａに示すタイプＩの１．５ｂ構成のMDAC1において、C1S＝C1n1+C1n2＝C0, C1H＝C0/2およびC1MDAC＝C0/2の関係が成立している。なお、帰還量βは、β＝C1H/(C1H＋C1MDAC)＝1/2で、信号増幅率ｍは、ｍ＝C1S/C1H＝２になっている。
【０２０５】
一方、図２１Ａに示すタイプIIの１．５ｂ構成のMDAC1において、C1S＝C1s11+C1s12＝C0, C1H＝C0/2およびC1MDAC＝C1S＝C0の関係が成立している。また、帰還量βは、β＝C1H/(C1H＋C1MDAC)＝1/3で、信号増幅率ｍは、ｍ＝C1S/C1H＝２になっている。
【０２０６】
すなわち、図２１Ａの左側，並びに，図２１Ｂの期間(1)および(2)((1)＋(2))に示されるように、MDAC1のサンプリング(Ｓ)時において、スイッチ制御部SWC1は、スイッチSWS1A/11B/12B/2Bに対する制御信号を高レベル『Ｈ』にしてこれらのスイッチをオンする。
【０２０７】
さらに、期間(1)＋(2)のMDAC1のサンプリング時において、スイッチ制御部SWC1は、スイッチSWH1A/11B/12B/2Bに対する制御信号を低レベル『Ｌ』にする。これにより、スイッチSWH1A/11B/12B/2Bはオフする。
【０２０８】
なお、MDAC1が入力信号VINをサンプリングするサンプリング容量C1Sは、スイッチSWH1A/11B/12Bがオンして容量C1S11およびC1S12が並列接続されるため、サンプリング容量C1Sは、C1S＝C1S11＋C1S12になる。そして、C1S11＝C1S12＝C0/2とすると、上述したように、C1S＝C1s11+C1s12＝C0になる。
【０２０９】
次に、図２１Ａの右側，並びに，図２１Ｂの期間(3)および(4)((3)＋(4))に示されるように、MDAC1のホールド(Ｈ：演算)時において、スイッチ制御部SWC1は、スイッチSWS1A/11B/12B/2Bに対する制御信号を『Ｌ』にしてこれらのスイッチをオフする。
【０２１０】
さらに、期間(3)＋(4)のホールド時において、スイッチ制御部SWC1は、スイッチSWH1A/11B/12B/2Bに対する制御信号を『Ｈ』にする。これにより、スイッチSWH1A/11B/12B/2Bはオンする。
【０２１１】
これにより、上述したように、ホールド容量C1Hおよび演算容量C1MDACは、C1H＝C0/2およびC1MDAC＝C1s＝C0になり、帰還量βは、β＝C1H/(C1H＋C1MDAC)＝1/3になり、そして、信号増幅率ｍは、ｍ＝C1S/C1H＝２になる。
【０２１２】
ここで、信号増幅率ｍ＝２のときのVIN/VRとVO/VRの関係は図２１Ｃのようになり、また、入力電圧VIN(比較電圧VCMP), デジタル出力DO, 加減算係数DA1, サブＤＡＣ101の出力電圧VDA1およびオペアンプOP1の出力電圧VOは、図２１Ｄのようになる。なお、図２１Ｃおよび図２１Ｄは、上述した図２０Ｃおよび図２０Ｄと同じである。
【０２１３】
図２２Ａおよび図２２Ｂは第２構成例(タイプII)のMDACの基本動作を説明するための図であり、上述した図２１Ａおよび図２１Ｂをより分かりやすく示すものである。なお、図２２Ａに示すMDACは、２つのMDAC(MDAC1, MDAC2)で１つのオペアンプ(OP1)を共用化するようになっている。
【０２１４】
ここで、説明を簡略化するために、C1S＝C1MDAC＝C0, C1H＝C0/m, C2S＝C2MDAC＝C0/m, C2H＝C0/mとする。なお、ｍは、信号増幅率を示している。
【０２１５】
まず、図２２Ａの上側，並びに，図２２Ｂの期間(1)＋(2)に示されるように、MDAC1がサンプリング(Ｓ)でMDAC2が演算(Ｈ)時には、MDAC1のオペアンプ(OP1)は未使用でMDAC2のオペアンプ(OP2)は使用される(動作する)。
【０２１６】
また、期間(1)＋(2)において、MDAC1の容量C1SおよびMDAC2の容量C2MDAC, C2Hは使用され、MDAC1の容量C1Hはリセットされる。
【０２１７】
一方、図２２Ａの下側，並びに，図２２Ｂの期間(3)＋(4)に示されるように、MDAC1が演算でMDAC2がサンプリング時には、MDAC1のオペアンプ(OP1)は使用されるがMDAC2のオペアンプ(OP2)は未使用になっている。
【０２１８】
また、期間(3)＋(4)において、MDAC1の容量C1MDAC, C1HおよびMDAC2の容量C2Sは使用され、MDAC2の容量C2Hはリセットされる。
【０２１９】
そこで、オペアンプ(OP1：共用オペアンプ)を２つのMDAC(MDAC1, MDAC2)で共用化するようになっている。しかしながら、図２２Ａおよび図２２ＢのMDACでは、容量をMDAC1およびMDAC2で共用化することはできない。
【０２２０】
以下に説明する第４実施例および第５実施例は、容量をMDAC1およびMDAC2で共用化し、スイッチドキャパシタ回路或いはＡＤ変換回路の占有面積をより一層低減せんとするものである。
【０２２１】
図２３Ａおよび図２３Ｂは第４実施例のMDACおよびその動作を説明するための図である。なお、本第４実施例のMDACは、第２構成例(タイプII)のMDACであり、前述した第１〜第３実施例のMDACと同様に、変換タイミングＴを４つの期間(1)〜(4)に分けて制御するようになっている。
【０２２２】
まず、図２３Ａと上述した図２２Ａとの比較から明らかなように、本第４実施例のMDACでは、オペアンプ(OP1：共用オペアンプ)を２つのMDAC(MDAC1, MDAC2)で共用化するだけでなく、容量(CSC：共用容量)も２つのMDACで共用化するようになっている。
【０２２３】
すなわち、図２３Ａおよび図２３Ｂに示されるように、容量CSCは、期間(1)ではC2MDACとして使用され、期間(2)ではC1Sとして使用され、期間(3)ではC1MDACとして使用され、そして、期間(4)ではC2Sとして使用されるようになっている。
【０２２４】
ここで、図２３Ａおよび図２３Ｂに示されるように、ホールド容量C1HおよびC2Hは、MDAC1およびMDAC2に対して専用に設ける必要があるが、MDAC1およびMDAC2のサンプリング容量C1SおよびC2S並びに演算容量C1MDACおよびC2MDACは共用化可能なことが分かる。
【０２２５】
なお、本第４実施例のMDACにおいて、オペアンプ(共用オペアンプOP1)がMDAC1およびMDAC2で共用化されるのは、図２２Ａおよび図２２Ｂを参照して説明したのと同様である。
【０２２６】
また、複数のMDACを従属接続したパイプライン型ＡＤ変換回路において、後段のMDACのサンプリング容量(例えば、MDAC2の容量C2S)は、前段のMDACのサンプリング容量(例えば、MDAC１の容量C1S)よりもその値は小さくてもよい。すなわち、後段のMDACのサンプリング容量(C2S)は、前段のMDACのサンプリング容量(C1S)の一部を使用するようにしてもよい。
【０２２７】
図２４Ａは第４実施例のMDACの一例を示す回路図であり、また、図２４Ｂは図２４ＡのMDACの動作を説明するための図である。
【０２２８】
図２４Ａにおいて、参照符号CSC11およびCSC12は共用化して使用する共用容量(CSC)を示し、CH1は第１のMDAC(MDAC1)として使用するときのホールド容量(C1H)を示し、そして、CH2は第２のMDAC(MDAC2)として使用するときのホールド容量(C2H)を示している。
【０２２９】
ここで、本第４実施例のMDACの説明では、スケーリング無の場合を想定し、CH1＝CH2＝CO/2, CSC1＝CSC11＋CSC12＝COとしている。
【０２３０】
図２４Ａに示されるように、MDAC0(スイッチドキャパシタ回路)は、容量CH1, CH2, CSC11, CSC12(２つ以上の内部容量)およびオペアンプOP0(１つ以上の増幅器)を有する。さらに、MDAC0は、スイッチSWVIN1, SWVIN2, SWSC1A/11B/12B, SWHC1A/11B/12B, SWHH1A/1B, SWSH2A/2B, SWHH2A/2B(２つ以上の内部スイッチ)を有する。
【０２３１】
まず、図２４Ｂの期間(1)において、スイッチ制御部SWC1は、スイッチSWVIN1, SWHC1A/11B/12B, SWHH2A/2Bに対する制御信号を高レベル『Ｈ』にしてこれらのスイッチをオンする。
【０２３２】
さらに、期間(1)において、スイッチ制御部SWC1は、スイッチSWVIN2, SWSC1A/11B/12B, SWSH1A/1B, SWHH1A/1B, SWSH2A/2Bに対する制御信号を低レベル『Ｌ』にしてこれらのスイッチをオフする。
【０２３３】
これにより、MDAC0において、図２３Ａの期間(1)のように、容量CSC11が第２のMDAC(MDAC2)の演算容量C2MDACとして機能する。なお、容量CH2は、第２のMDAC(MDAC2)のホールド容量C2Hとして接続されることになる。
【０２３４】
次に、図２４Ｂの期間(2)において、スイッチ制御部SWC1は、スイッチSWSC1A/11B/12B, SWSH1A/1Bに対する制御信号を『Ｈ』にしてこれらのスイッチをオンし、また、スイッチSWHC1A/11B/12Bに対する制御信号を『Ｌ』にしてこれらのスイッチをオフする。
【０２３５】
なお、期間(2)において、他のスイッチSWVIN1, SWVIN2, SWHH1A/1B, SWSH2A/2B, SWHH2A/2Bに対する制御信号は、期間(1)と同じレベルに維持される。
【０２３６】
これにより、MDAC0において、図２３Ａの期間(2)のように、容量CSC11, CSC12が第１のMDAC(MDAC1)のサンプリング容量C1Sとして機能する。なお、容量CH2は、第２のMDAC(MDAC2)のホールド容量C2Hとしての接続を維持し、また、容量CH1は、リセットされることになる。
【０２３７】
さらに、図２４Ｂの期間(3)において、スイッチ制御部SWC1は、スイッチSWVIN2, SWHC1A/11B/12B, SWHH1A/1Bに対する制御信号を『Ｈ』にしてこれらのスイッチをオンする。さらに、スイッチ制御部SWC1は、スイッチSWVIN1, SWSC1A/11B/12B, SWSH1A/1B, SWSH2A/2Bに対する制御信号を『Ｌ』にしてこれらのスイッチをオフする。なお、期間(3)において、スイッチSWSH2A/2Bに対する制御信号は、期間(2)と同じレベルに維持される。
【０２３８】
これにより、MDAC0において、図２３Ａの期間(3)のように、容量CSC11が第１のMDAC(MDAC1)の演算容量C1MDACとして機能する。なお、容量CH1は、第１のMDAC(MDAC1)のホールド容量C1Hとして接続されることになる。
【０２３９】
そして、図２４Ｂの期間(4)において、スイッチ制御部SWC1は、スイッチSWSC1A/11B/12B, SWSH2A/2Bに対する制御信号を『Ｈ』にしてこれらのスイッチをオンし、また、スイッチSWHC1A/11B/12Bに対する制御信号を『Ｌ』にしてこれらのスイッチをオフする。
【０２４０】
なお、期間(4)において、他のスイッチSWVIN1, SWVIN2, SWSH1A/1B, SWHH1A/1B, SWHH2A/2Bに対する制御信号は、期間(3)と同じレベルに維持される。
【０２４１】
これにより、MDAC0において、図２３Ａの期間(4)のように、容量CSC11, CSC12が第２のMDAC(MDAC2)のサンプリング容量C2Sとして機能する。なお、容量CH1は、第１のMDAC(MDAC1)のホールド容量C1Hとしての接続を維持し、また、容量CH2は、リセットされることになる。
【０２４２】
なお、本第４実施例のMDACにおいて、オペアンプOP1(共用オペアンプ)がMDAC1およびMDAC2で共用化できるのは、図２２Ａおよび図２２Ｂを参照して説明した通りである。
【０２４３】
このように、本第４実施例のMDACによれば、オペアンプだけでなく、容量(CSC：CSC11, CSC12)も２つのMDACで共用化することができ、スイッチドキャパシタ回路或いはＡＤ変換回路の占有面積をより一層低減することが可能になる。
【０２４４】
以上において、本第４実施例のMDACではスケーリングが可能であり、例えば、後段のMDAC2におけるサンプリング容量C2Sは、前段のMDAC1におけるサンプリング容量C1Sよりも小さくてよい。
【０２４５】
すなわち、スケーリング率をγとすると、一般的に、１．５ｂ構成のMDACの場合、γ＝1/2、また、２．５ｂ構成のMDACの場合、γ＝1/4になるので、後段のMDAC2のサンプリング容量C2Sは、前段のMDAC1のサンプリング容量C1Sの一部を使用することも可能である。
【０２４６】
次に、第５実施例のMDACを説明するが、その前に、図２５〜図２６Ｂを参照して並列MDAC(ダブルサンプリング方式のMDAC)の２つの構成例を説明する。
【０２４７】
このダブルサンプリング方式のＡＤ変換回路は、MDACを２個並列に設けてインターリブ動作することにより、同じ消費電力でＡＤ変換回路の変換速度を２倍に高速化するものである。
【０２４８】
図２５は並列MDACにおける第１構成例(タイプＩ)のMDACの基本動作を説明するための図である。ここで、ダブルサンプリング方式のMDAC(並列MDAC)は、例えば、上述した時間的に順に処理を行う２つのMDAC(MDAC1, MDAC2)を並列に設けて処理を行うものに対応する。
【０２４９】
また、チャネル１とチャネル２は逆相で動作するため、図２５に示すダブルサンプリング方式のMDACは、例えば、前述した図１８ＡにおけるMDAC1およびMDAC2の関係をMDAC1(E：偶数(Even)モード)およびMDAC1(O：奇数(Odd)モード)に置き換えればよい。
【０２５０】
すなわち、図２５に示されるように、期間(1)＋(2)において、MDAC1(E)は入力電圧VIN1(E)をサンプリング容量C1n1(E)＋C1n2(E)でサンプリングし、また、MDAC1(O)は演算を行う。
【０２５１】
なお、MDAC1(O)における演算容量はC1n1(O)になり、また、ホールド容量はC1n2(O)になる。また、期間(1)＋(2)では、演算を行うMDAC1(O)のオペアンプOP1(O)のみが使用され、サンプリングを行うMDAC1(E)のオペアンプOP1(E)は使用されない。
【０２５２】
次に、期間(3)＋(4)において、MDAC1(E)は演算を行い、MDAC1(O)は入力電圧VIN1(O)をサンプリング容量C1n1(O)＋C1n2(O)でサンプリングサンプリングを行う。
【０２５３】
なお、MDAC1(E)における演算容量はC1n1(E)になり、また、ホールド容量はC1n2(E)になる。また、期間(3)＋(4)では、演算を行うMDAC1(E)のオペアンプOP1(E)のみが使用され、サンプリングを行うMDAC1(O)のオペアンプOP1(O)は使用されない。
【０２５４】
そこで、期間(1)＋(2)と期間(3)＋(4)に分けてオペアンプ(OP1(E), OP1(O))を共用化(OP1(E))するようになっている。しかしながら、この図２５に示すタイプＩの並列MDACでは、MDAC1(E)およびMDAC1(O)でオペアンプを共用化することはできても、容量を共用化することはできない。
【０２５５】
図２６Ａおよび図２６Ｂは並列MDACにおける第２構成例(タイプII)のMDACの基本動作を説明するための図である。ここで、図２６Ａおよび図２６Ｂのダブルサンプリング方式のMDAC(並列MDAC)は、例えば、前述した図２２Ａおよび図２２ＢにおけるMDAC1およびMDAC2の関係をMDAC1(E)およびMDAC1(O)に置き換えればよい。
【０２５６】
すなわち、図２６Ａの左側，並びに，図２６Ｂの期間(1)＋(2)に示されるように、MDAC1(E)がサンプリング(Ｓ)でMDAC1(O)が演算(Ｈ)時には、MDAC1(E)のオペアンプ(OP1)は未使用でMDAC2のオペアンプ(OP2)は使用される(動作する)。
【０２５７】
また、期間(1)＋(2)において、MDAC1(E)の容量C1S(E)およびMDAC1(O)の容量C1MDAC(O), C1H(O)は使用され、MDAC1(E)の容量C1H(E)はリセットされる。
【０２５８】
一方、図２６Ａの右側，並びに，図２６Ｂの期間(3)＋(4)に示されるように、MDAC1(E)が演算でMDAC１(O)がサンプリング時には、MDAC1(E)のオペアンプ(OP1)は使用されるがMDAC1(O)のオペアンプ(OP2)は未使用になっている。
【０２５９】
また、期間(3)＋(4)において、MDAC1(E)の容量C1MDAC(E), C1H(E)およびMDAC1(O)の容量C1S(O)は使用され、MDAC1(O)の容量C1H(O)はリセットされる。
【０２６０】
そこで、オペアンプ(OP1：共用オペアンプ)を２つのMDAC(MDAC1(E), MDAC1(O))で共用化するようになっている。しかしながら、図２６Ａおよび図２６ＢのMDACでは、容量をMDAC1(E)およびMDAC1(O)で共用化することはできない。
【０２６１】
図２７Ａおよび図２７Ｂは第５実施例のMDACおよびその動作を説明するための図であり、第２構成例(タイプII)のMDACである。
【０２６２】
ここで、本第５実施例のMDACは、前述した第４実施例のMDACをダブルサンプリング方式のMDAC(並列MDAC)に適用したものである。すなわち、図２７Ａ〜図２８Ｂは、前述した図２３Ａ〜図２４ＢにおけるMDAC1およびMDAC2の関係をMDAC1(E)およびMDAC1(O)に置き換えればよい。
【０２６３】
すなわち、図２７Ａおよび図２７Ｂに示されるように、容量CSCは、期間(1)ではC1MDAC(O)として使用され、期間(2)ではC1S(E)として使用され、期間(3)ではC1MDAC(E)として使用され、そして、期間(4)ではC1S(O)として使用されるようになっている。
【０２６４】
ここで、図２７Ａおよび図２７Ｂに示されるように、ホールド容量C1H(E)およびC1H(O)は、MDAC1(E)およびMDAC1(O)に対して専用に設ける必要がある。しかしながら、MDAC1(E)およびMDAC1(O)のサンプリング容量C1S(E)およびC1S(O)並びに演算容量C1MDAC(E)およびC1MDAC(O)は共用化可能なことが分かる。
【０２６５】
なお、本第５実施例のMDACにおいて、オペアンプ(共用オペアンプOP1(E))がMDAC1(E)およびMDAC1(O)で共用化されるのは、前述した通りである。
【０２６６】
図２８Ａは第５実施例のMDACの一例を示す回路図であり、また、図２８Ｂは図２８ＡのMDACの動作を説明するための図である。
【０２６７】
図２８Ａにおいて、参照符号CSC11およびCSC12は共用化して使用する共用容量(CSC)を示し、CH1Eは第１のMDAC(MDAC1(E))として使用するときのホールド容量(C1H(E))を示し、そして、CH1Oは第２のMDAC(MDAC1(O))として使用するときのホールド容量(C1H(O))を示している。
【０２６８】
ここで、本第５実施例のMDACの説明では、信号増幅率ｍ＝２の場合を想定し、CH1E＝CH1O＝CO/2, CSC1＝CSC11＋CSC12＝COとしている。
【０２６９】
図２８Ａに示されるように、MDAC0(スイッチドキャパシタ回路)は、容量CH1E, CH1O, CSC11, CSC12(２つ以上の内部容量)およびオペアンプOP0(１つ以上の増幅器)を有する。さらに、MDAC0は、スイッチSWVIN1Ｅ, SWVIN1O, SWSC1A/11B/12B, SWHC1A/11B/12B, SWSH1A/1B, SWHH1A/1B, SWSH2A/2B, SWHH2A/2B(２つ以上の内部スイッチ)を有する。
【０２７０】
まず、図２８Ｂの期間(1)において、スイッチ制御部SWC1は、スイッチSWVIN1Ｅ, SWHC1A/11B/12B, SWHH2A/2Bに対する制御信号を高レベル『Ｈ』にしてこれらのスイッチをオンする。
【０２７１】
さらに、期間(1)において、スイッチ制御部SWC1は、スイッチSWVIN1O, SWSC1A/11B/12B, SWSH1A/1B, SWHH1A/1B, SWSH2A/2Bに対する制御信号を低レベル『Ｌ』にしてこれらのスイッチをオフする。
【０２７２】
これにより、MDAC0において、図２７Ａの期間(1)のように、容量CSC11が第２のMDAC(MDAC1(O))の演算容量C1MDAC(O)として機能する。なお、容量CH1Oは、第２のMDAC(MDAC1(O))のホールド容量C1H(O)として接続されることになる。
【０２７３】
次に、図２８Ｂの期間(2)において、スイッチ制御部SWC1は、スイッチSWSC1A/11B/12B, SWSH1A/1Bに対する制御信号を『Ｈ』にしてこれらのスイッチをオンし、また、スイッチSWHC1A/11B/12Bに対する制御信号を『Ｌ』にしてこれらのスイッチをオフする。
【０２７４】
なお、期間(2)において、他のスイッチSWVIN1E, SWVIN1O, SWHH1A/1B, SWSH2A/2B, SWHH2A/2Bに対する制御信号は、期間(1)と同じレベルに維持される。
【０２７５】
これにより、MDAC0において、図２７Ａの期間(2)のように、容量CSC11, CSC12が第１のMDAC(MDAC1(E))のサンプリング容量C1S(E)として機能する。なお、容量CH1Oは、第２のMDAC(MDAC1(O))のホールド容量C1H(O)としての接続を維持し、また、容量CH1Eは、リセットされることになる。
【０２７６】
さらに、図２８Ｂの期間(3)において、スイッチ制御部SWC1は、スイッチSWVIN1O, SWHC1A/11B/12B, SWHH1A/1Bに対する制御信号を『Ｈ』にしてこれらのスイッチをオンする。さらに、スイッチ制御部SWC1は、スイッチSWVIN1E, SWSC1A/11B/12B, SWSH1A/1B, SWSH2A/2Bに対する制御信号を『Ｌ』にしてこれらのスイッチをオフする。なお、期間(3)において、スイッチSWSH2A/2Bに対する制御信号は、期間(2)と同じレベルに維持される。
【０２７７】
これにより、MDAC0において、図２７Ａの期間(3)のように、容量CSC11が第１のMDAC(MDAC1(E))の演算容量C1MDAC(E)として機能する。なお、容量CH1Eは、第１のMDAC(MDAC1(E))のホールド容量C1H(E)として接続されることになる。
【０２７８】
そして、図２８Ｂの期間(4)において、スイッチ制御部SWC1は、スイッチSWSC1A/11B/12B, SWSH2A/2Bに対する制御信号を『Ｈ』にしてこれらのスイッチをオンし、また、スイッチSWHC1A/11B/12Bに対する制御信号を『Ｌ』にしてこれらのスイッチをオフする。
【０２７９】
なお、期間(4)において、他のスイッチSWVIN1E, SWVIN1O, SWSH1A/1B, SWHH1A/1B, SWHH2A/2Bに対する制御信号は、期間(3)と同じレベルに維持される。
【０２８０】
これにより、MDAC0において、図２７Ａの期間(4)のように、容量CSC11, CSC12が第２のMDAC(MDAC1(O))のサンプリング容量C1S(O)として機能する。なお、容量CH1Eは、第１のMDAC(MDAC1(E))のホールド容量C1H(E)としての接続を維持し、また、容量CH1Oは、リセットされることになる。
【０２８１】
なお、本第５実施例のMDACにおいて、オペアンプOP1(E)がMDAC1(E)およびMDAC1(O)で共用化できるのは前述した通りである。
【０２８２】
このように、本第５実施例のMDACによれば、オペアンプだけでなく、容量(CSC：CSC11, CSC12)も２つのMDACで共用化することができ、スイッチドキャパシタ回路或いはＡＤ変換回路の占有面積をより一層低減することが可能になる。
【０２８３】
図２９は第４実施例および第５実施例のMDACと図２２Ａおよび図２６Ａに示すMDACの性能を比較して示す図である。なお、図２９では、信号増幅率ｍが、ｍ＝２だけでなくｍ＝４の場合も示している。
【０２８４】
ここで、図２２Ａおよび図２６Ａに示すMDAC、並びに、第４実施例および第５実施例のMDACは、ｍ＝２の１．５ｂ構成のMDACに関するものであるが、図２９では、図４Ａ〜図４Ｃを参照して説明したようなｍ＝４の２．５ｂ構成のMDACに関しても示している。
【０２８５】
すなわち、図２９は、図２２Ａおよび図２６Ａに相当するｍ＝４のMDAC、並びに、第４実施例および第５実施例を適用したｍ＝４のMDACのデータも含んでいる。
【０２８６】
なお、図２９において、第４実施例に関してはスケーリング有無の両方が示し、さらに、係数２はMDAC２個分の容量を考慮した。また、入力電圧(信号振幅)に関しては、その入力電圧の大きさを考慮せずに、(C1MDAC＋C1H)×係数２によりデータを求めた。
【０２８７】
図２９から明らかなように、第４実施例のMDACは、容量を共有化することにより、スケーリング無の場合には約３３％、また、スケーリング有の場合には約２２％だけ容量を低減、すなわち、容量(回路)の占有面積を低減させることができるのが分かる。
【０２８８】
また、第４実施例を適用したｍ＝４のMDACは、スケーリング無の場合には約４０％、また、スケーリング有の場合には約１６％だけ容量を低減、すなわち、回路の占有面積を低減させることができるのが分かる。
【０２８９】
さらに、第５実施例のMDACは、約３３％だけ容量を低減、すなわち、回路の占有面積を低減させることができ、また、第５実施例を適用したｍ＝４のMDACは、約４０％だけ容量を低減、すなわち、回路の占有面積を低減させることができるのが分かる。
【０２９０】
なお、信号増幅率ｍ＝２およびｍ＝４は、単なる例であり、第４実施例および第５実施例を適用したさらに多ビットのMDACにおいても、回路の占有面積を低減させる効果が発揮されるのは言うまでもない。
【０２９１】
図３０は各実施例のMDACが適用されるパイプライン型ＡＤ変換回路の一例を概略的に示すブロック図であり、また、図３１は各実施例のMDACが適用される循環比較型ＡＤ変換回路の一例を概略的に示すブロック図である。
【０２９２】
まず、上述した第１実施例〜第５実施例のMDACは、例えば、図３０に示されるようなパイプライン型ＡＤ変換回路200における従属接続された各ＭＤＡＣ回路202-1〜202-(n-1)に適用することができる。
【０２９３】
図３０に示されるように、パイプライン型ＡＤ変換回路200は、サンプルホールド(S/H)回路201、n-1段のＭＤＡＣ回路(MDAC)202-1〜202-(n-1)、最終段のフラッシュＡＤＣ203、および、ロジック演算回路(デジタル補正回路)204を有する。
【０２９４】
サンプルホールド回路201は、入力電圧VINを受け取って保持し、その出力信号をＭＤＡＣ回路202-1〜202-(n-1)に供給する。
【０２９５】
ロジック演算回路204は、ＭＤＡＣ回路202-1〜202-(n-1)の出力信号DB(1)〜DB(n-1)および最終段のフラッシュＡＤＣ203の出力信号DB(n)を受け取って、入力電圧VINをＭＤＡＣ回路の段数に応じた分解能でデジタル変換した出力コード(ＡＤＣ出力)を出力する。
【０２９６】
さらに、上述した第１実施例〜第５実施例のMDACは、例えば、図３１に示されるような循環比較型ＡＤ変換回路300におけるＭＤＡＣ回路303に適用することができる。
【０２９７】
すなわち、図３１に示されるように、循環比較型ＡＤ変換回路300は、スイッチ301、サンプルホールド(S/H)回路302、ＭＤＡＣ回路(MDAC)303およびロジック演算回路304を有する。なお、サンプルホールド回路302は、設けずに省略することもできる。
【０２９８】
サンプルホールド回路302は、スイッチ301を介して入力電圧VINまたはＭＤＡＣ回路303の出力電圧VO(i)=VI(i+1)の一方を受け取って保持し、スイッチ301は、ＭＤＡＣ回路303の出力電圧VO(i)を複数回循環させる。
【０２９９】
ＭＤＡＣ回路303からの循環される各回の出力信号DB(i)は、ロジック演算回路304に供給され、そして、ロジック演算回路304は、ＭＤＡＣ回路を循環する回数に応じた分解能でデジタル変換した出力コード(ＡＤＣ出力)を出力する。
【０３００】
以上、第１実施例〜第５実施例のMDAC(スイッチドキャパシタ回路)を詳述したが、例えば、各MDACにおけるスイッチおよび容量の個数や接続、或いは、スイッチ制御部により制御される各スイッチの切り換えタイミング等は様々に変更することが可能である。
【０３０１】
さらに、第１実施例〜第５実施例のスイッチドキャパシタ回路は、パイプライン型ＡＤ変換回路や循環比較型ＡＤ変換回路だけでなく、ＤＡ変換器やフィルタ等の様々な回路に対して幅広く適用することができるのは言うまでもない。
【符号の説明】
【０３０２】
１, 200    パイプライン型ＡＤ変換回路
10, 10-1〜10-(N-1)    ステージ回路
11, 201, 302    サンプルホールド(S/H)回路
12, 203    フラッシュＡＤ変換器(フラッシュADC)
13, 204, 304    デジタル補正回路(コード変換回路,ロジック演算回路)
100, 202-1〜202-(n-1), 303    ＭＤＡＣ回路(MDAC)
101    サブDAC
102    アナログ演算部
110    サブＡＤ変換器(ADC)
300    循環比較型ＡＤ変換回路
301    スイッチ
【図１Ａ】
2011027465.tif 000008
【図１Ｂ】
2011027465.tif 000009
【図１Ｃ】
2011027465.tif 000010
【図２Ａ】
2011027465.tif 000011
【図２Ｂ】
2011027465.tif 000012
【図２Ｃ】
2011027465.tif 000013
【図３Ａ】
2011027465.tif 000014
【図３Ｂ】
2011027465.tif 000015
【図３Ｃ】
2011027465.tif 000016
【図３Ｄ】
2011027465.tif 000017
【図４Ａ】
2011027465.tif 000018
【図４Ｂ】
2011027465.tif 000019
【図４Ｃ】
2011027465.tif 000020
【図５】
2011027465.tif 000021
【図６】
2011027465.tif 000022
【図７】
2011027465.tif 000023
【図８Ａ】
2011027465.tif 000024
【図８Ｂ】
2011027465.tif 000025
【図９Ａ】
2011027465.tif 000026
【図９Ｂ】
2011027465.tif 000027
【図１０Ａ】
2011027465.tif 000028
【図１０Ｂ】
2011027465.tif 000029
【図１１】
2011027465.tif 000030
【図１２】
2011027465.tif 000031
【図１３Ａ】
2011027465.tif 000032
【図１３Ｂ】
2011027465.tif 000033
【図１４Ａ】
2011027465.tif 000034
【図１４Ｂ】
2011027465.tif 000035
【図１５Ａ】
2011027465.tif 000036
【図１５Ｂ】
2011027465.tif 000037
【図１６Ａ】
2011027465.tif 000038
【図１６Ｂ】
2011027465.tif 000039
【図１７】
2011027465.tif 000040
【図１８Ａ】
2011027465.tif 000041
【図１８Ｂ】
2011027465.tif 000042
【図１９Ａ】
2011027465.tif 000043
【図１９Ｂ】
2011027465.tif 000044
【図２０Ａ】
2011027465.tif 000045
【図２０Ｂ】
2011027465.tif 000046
【図２０Ｃ】
2011027465.tif 000047
【図２０Ｄ】
2011027465.tif 000048
【図２１Ａ】
2011027465.tif 000049
【図２１Ｂ】
2011027465.tif 000050
【図２１Ｃ】
2011027465.tif 000051
【図２１Ｄ】
2011027465.tif 000052
【図２２Ａ】
2011027465.tif 000053
【図２２Ｂ】
2011027465.tif 000054
【図２３Ａ】
2011027465.tif 000055
【図２３Ｂ】
2011027465.tif 000056
【図２４Ａ】
2011027465.tif 000057
【図２４Ｂ】
2011027465.tif 000058
【図２５】
2011027465.tif 000059
【図２６Ａ】
2011027465.tif 000060
【図２６Ｂ】
2011027465.tif 000061
【図２７Ａ】
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【図２７Ｂ】
2011027465.tif 000063
【図２８Ａ】
2011027465.tif 000064
【図２８Ｂ】
2011027465.tif 000065
【図２９】
2011027465.tif 000066
【図３０】
2011027465.tif 000067
【図３１】
2011027465.tif 000068
【手続補正書】
【提出日】平成23年11月18日(2011.11.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この出願で言及する実施例は、スイッチドキャパシタ回路およびＡＤ変換回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
スイッチドキャパシタ回路は、高精度で低消費電力のＡＤ(Analog-to-Digital)変換器，ＤＡ(Digital-to-Analog)変換器およびフィルタ等に広く適用されている。
【０００３】
すなわち、スイッチドキャパシタ回路は、容量,スイッチおよび増幅器を有し、例えば、パイプライン型ＡＤ変換回路や循環比較型ＡＤ変換回路の基本セルのMDAC(Multiplying DAC)等に適用されている。
【０００４】
なお、本明細書では、ＡＤ変換回路およびそれに適用されるスイッチドキャパシタ回路(MDAC)を例として説明するが、上述したように、スイッチドキャパシタ回路は、ＤＡ変換器やフィルタ等に対しても適用することができる。
【０００５】
ところで、従来、スイッチドキャパシタ回路を適用したパイプライン型ＡＤ変換回路および循環比較型ＡＤ変換回路としては、様々なものが提案されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Shoji Kawahito(川人 祥二 著), "Low-Power Design of Pipeline A/D Converters", IEEE Custom Integrated Circuits Conference 2006, pp.505-512, 2006
【非特許文献２】Kunihiko Gotoh et al.(後藤 邦彦 他著), "3 STATES LOGIC CONTROLLED CMOS CYCLIC A/D CONVERTER", IEEE Custom Integrated Circuits Conference 1986, pp.366-369, 1986
【非特許文献３】Chin-Chen Lee, "A NEW SWITCHED-CAPACITOR REALIZATION FOR CYCLIC ANALOG-TP-DIGITAL CONVERTER", IEEE 1983, pp.1261-1265, 1983
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述したように、スイッチドキャパシタ回路は、例えば、パイプライン型ＡＤ変換回路のMDAC等に適用されている。
【０００８】
近年、システムの高機能なデジタル信号処理化が進み、高精度で高速処理が可能なＡＤ変換回路が益々重要になってきている。また、例えば、携帯機器においては、さらなる低電力動作、並びに、回路の占有面積の低減等も求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
一実施形態によれば、スイッチドキャパシタ回路と、負荷回路と、を有する回路において、第１動作モードおよび第２動作モードを含む２種類以上の動作モードを有するスイッチドキャパシタ回路が提供される。
【００１０】
前記スイッチドキャパシタ回路は、２つ以上の内部容量，１つ以上の増幅器および２つ以上の内部スイッチを有する。また、前記負荷回路は、前記スイッチドキャパシタ回路の次段に設けられたサンプリング容量および該サンプリング容量の接続をオン／オフ制御するサンプリングスイッチを有する。
【００１１】
前半の前記第１動作モードでは、前記次段のサンプリングスイッチをオフして、前記スイッチドキャパシタ回路の出力電圧と前記次段のサンプリング容量を切り離すと共に、前記スイッチドキャパシタ回路で演算を行う。
【００１２】
後半の前記第２動作モードでは、前記次段のサンプリングスイッチをオンして、前記スイッチドキャパシタ回路の出力電圧を前記次段のサンプリング容量にサンプリングする。
【００１３】
そして、前記スイッチドキャパシタ回路は、前記第１動作モードにおいて、１つ以上の前記内部容量を前記内部スイッチで切り離す。
【発明の効果】
【００１４】
開示のスイッチドキャパシタ回路およびＡＤ変換回路は、演算動作の高速化，増幅器の低消費電力化，或いは，回路の占有面積の低減等を実現することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１Ａ】ＡＤ変換回路の一例を示すブロック図である。
【図１Ｂ】図１ＡのＡＤ変換回路の動作を説明するための図(その１)である。
【図１Ｃ】図１ＡのＡＤ変換回路の動作を説明するための図(その２)である。
【図２Ａ】MDACの一例およびその動作を説明するための図(その１)である。
【図２Ｂ】MDACの一例およびその動作を説明するための図(その２)である。
【図２Ｃ】MDACの一例およびその動作を説明するための図(その３(である。
【図３Ａ】１．５ｂ構成のMDACの一例をサンプリング時とホールド時に分けて示す回路図である。
【図３Ｂ】図３ＡのMDACの動作を説明するための図(その１)である。
【図３Ｃ】図３ＡのMDACの動作を説明するための図(その２)である。
【図３Ｄ】図３ＡのMDACの動作を説明するための図(その３)である。
【図４Ａ】２．５ｂ構成のMDACの一例をサンプリング時とホールド時に分けて示す回路図である。
【図４Ｂ】図４ＡのMDACの動作を説明するための図(その１)である。
【図４Ｃ】図４ＡのMDACの動作を説明するための図(その２)である。
【図５】MDACの演算時の動作速度とオペアンプの消費電流の関係を説明するための図である。
【図６】MDAC方式のＡＤ変換回路の無負荷時における性能を比較して示す図である。
【図７】MDACのアナログ演算および次段サンプリング時の動作を説明するための図である。
【図８Ａ】第１実施例のMDACにおけるアナログ演算の動作を説明するための図である。
【図８Ｂ】第１実施例のMDACにおける次段サンプリングの動作を説明するための図である。
【図９Ａ】第１実施例のMDACおよびその動作を説明するための図(その１)である。
【図９Ｂ】第１実施例のMDACおよびその動作を説明するための図(その２)である。
【図１０Ａ】第１実施例のMDACの一例を示す回路図である。
【図１０Ｂ】図１０ＡのMDACの動作を説明するための図である。
【図１１】第１実施例のMDACと図３Ａに示すMDACの性能を比較して示す図である。
【図１２】第１実施例を変形したMDACと図４Ａに示すMDACの性能を比較して示す図である。
【図１３Ａ】第２実施例のMDACおよびその動作を説明するための図(その１)である。
【図１３Ｂ】第２実施例のMDACおよびその動作を説明するための図(その２)である。
【図１４Ａ】第２実施例のMDACの一例を示す回路図である。
【図１４Ｂ】図１４ＡのMDACの動作を説明するための図である。
【図１５Ａ】第３実施例のMDACおよびその動作を説明するための図(その１)である。
【図１５Ｂ】第３実施例のMDACおよびその動作を説明するための図(その２)である。
【図１６Ａ】第３実施例のMDACの一例を示す回路図である。
【図１６Ｂ】図１６ＡのMDACの動作を説明するための図である。
【図１７】第３実施例のMDACと図３Ａおよび図４Ａに示す各MDACで必要とする比較器の数を比較して示す図である。
【図１８Ａ】MDACの他の例およびその動作を説明するための図(その１)である。
【図１８Ｂ】MDACの他の例およびその動作を説明するための図(その２)である。
【図１９Ａ】前述した第１実施例のMDACおよびその動作を説明するための図(その１)である。
【図１９Ｂ】前述した第１実施例のMDACおよびその動作を説明するための図(その２)である。
【図２０Ａ】１．５ｂ構成のMDACの第１構成例をサンプリング時とホールド時に分けて示す回路図である。
【図２０Ｂ】図２０ＡのMDACの動作を説明するための図(その１)である。
【図２０Ｃ】図２０ＡのMDACの動作を説明するための図(その２)である。
【図２０Ｄ】図２０ＡのMDACの動作を説明するための図(その３)である。
【図２１Ａ】１．５ｂ構成のMDACの第２構成例をサンプリング時とホールド時に分けて示す回路図である。
【図２１Ｂ】図２１ＡのMDACの動作を説明するための図(その１)である。
【図２１Ｃ】図２１ＡのMDACの動作を説明するための図(その２)である。
【図２１Ｄ】図２１ＡのMDACの動作を説明するための図(その３)である。
【図２２Ａ】第２構成例のMDACの基本動作を説明するための図(その１)である。
【図２２Ｂ】第２構成例のMDACの基本動作を説明するための図(その２)である。
【図２３Ａ】第４実施例のMDACおよびその動作を説明するための図(その１)である。
【図２３Ｂ】第４実施例のMDACおよびその動作を説明するための図(その２)である。
【図２４Ａ】第４実施例のMDACの一例を示す回路図である。
【図２４Ｂ】図２４ＡのMDACの動作を説明するための図である。
【図２５】並列MDACにおける第１構成例のMDACの基本動作を説明するための図である。
【図２６Ａ】並列MDACにおける第２構成例のMDACの基本動作を説明するための図(その１)である。
【図２６Ｂ】並列MDACにおける第２構成例のMDACの基本動作を説明するための図(その２)である。
【図２７Ａ】第５実施例のMDACおよびその動作を説明するための図(その１)である。
【図２７Ｂ】第５実施例のMDACおよびその動作を説明するための図(その２)である。
【図２８Ａ】第５実施例のMDACの一例を示す回路図である。
【図２８Ｂ】図２８ＡのMDACの動作を説明するための図である。
【図２９】第４実施例および第５実施例のMDACと図２２Ａおよび図２６Ａに示すMDACの性能を比較して示す図である。
【図３０】各実施例のMDACが適用されるパイプライン型ＡＤ変換回路の一例を概略的に示すブロック図である。
【図３１】各実施例のMDACが適用される循環比較型ＡＤ変換回路の一例を概略的に示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
まず、各実施例を詳述する前に、図１Ａ〜図７を参照して、スイッチドキャパシタ回路およびＡＤ変換回路、並びに、それらにおける問題点を説明する。
【００１７】
図１ＡはＡＤ変換回路の一例を示すブロック図であり、また、図１Ｂおよび図１Ｃは図１ＡのＡＤ変換回路の動作を説明するための図である。ここで、図１Ａ〜図１Ｃを参照して説明するＡＤ変換回路はパイプライン型ＡＤ変換回路である。
【００１８】
なお、パイプライン型ＡＤ変換回路において、高速化および低電力化並びに小面積化で重要になる回路は、基本セルとして使用されるMDAC(Multiplying DAC：スイッチドキャパシタ回路)である。
【００１９】
図１Ａに示されるように、パイプライン型ＡＤ変換回路１は、サンプルホールド(S/H)回路11、Ｎ−１段のステージ回路(STG-1〜STG-(N-1))10-1〜10-(N-1)、最終段のフラッシュＡＤ変換器(フラッシュADC)12およびデジタル補正回路(コード変換回路)13を有する。
【００２０】
サンプルホールド回路11は、入力電圧VINをサンプリングして保持し、フラッシュADC12は、ＡＤ変換した信号DONをそのままデジタル補正回路13に出力する。
【００２１】
デジタル補正回路13は、フラッシュADC12からの出力信号DONと共に、各ステージ回路10-1〜10-(N-1)からの出力信号DO1〜DO(N-1)を受け取って入力電圧VINをＡＤ変換したデジタル信号DOを出力する。
【００２２】
各ステージ回路10はMDAC100およびサブＡＤ変換器(ADC)110を有し、MDAC100はサブＤＡ変換器(DAC)101およびアナログ演算部102を有する。なお、サブＤＡＣ101は、サブＡＤＣ110からの信号DA(i)に応じて電圧+VR, 0(SG), -VRをアナログ演算部102へ出力する。
【００２３】
後述するように、MDAC100は２個以上の容量(内部容量)と増幅器とスイッチ(内部スイッチ)を含むスイッチドキャパシタ回路を有し、入力信号VIN(i)を増幅した結果と入力信号をAD変換した結果DA(i)を用いて参照電圧VRの定数倍を加減算したアナログ演算を行う。
【００２４】
各MDAC100(各ステージ回路10-1〜10-(N-1))の出力VO(i)は、次段の回路(次段のステージ回路10-2〜10-(N-1)またはフラッシュADC12)の入力信号として供給される。
【００２５】
すなわち、図１Ｂに示されるように、例えば、アナログの入力信号VINを４ビットのデジタル信号に変換して出力する場合(Ｎ＝４)、まず、VIN(1)に関して、期間T(1)で最上位ビット(MSB)の信号DO1(1)が出力され、また、期間T(2)で信号DO2(1)が出力される。
【００２６】
さらに、期間T(3)で信号DO3(1)が出力され、また、期間T(4)で最下位ビット(LSB)の信号DO4(1)が出力される。そして、期間T(5)において、デジタル補正回路13で２値化されたデジタル出力ADCO(1)が出力される。
【００２７】
同様に、VIN(2)に関して、期間T(2)で最上位ビットの信号DO1(2)が出力され、また、期間T(3)で信号DO2(2)が出力される。
【００２８】
さらに、期間T(4)で信号DO3(2)が出力され、また、期間T(5)で最下位ビットの信号DO4(2)が出力される。そして、期間T(6)において、デジタル補正回路13で２値化されたデジタル出力ADCO(2)が出力される。
【００２９】
ここで、各ステージにおける演算は、VO(i)＝ｍ*[VIN(i)−｛DA(i)/m｝*VR]により行われ、図１Ｃに示されるように、例えば、信号DO1〜DO4が『１，０，−１，１』のとき、デジタル補正13は、２値化処理したデジタル出力ADCO『０１１１』を出力する。なお、ｍは信号増幅率を表している。
【００３０】
パイプライン型ＡＤ変換回路１は、MDAC100を従属接続して１クロックで複数の処理を進めることにより、入力から出力までの遅延(レイテンシ)は大きくなるが、変換速度の高速化を可能としている。
【００３１】
なお、パイプライン型ＡＤ変換回路は、高精度化も必要分解能に応じてステージの段数を規定すればよいため、要求性能に対してフレキシブルな設計を行うことができる。
【００３２】
このように、パイプライン型ＡＤ変換回路は、精度と変換速度のカバー範囲が広いため、例えば、デジタルＡＶ機器や無線通信回路等の様々な電子機器に幅広く適用されている。
【００３３】
図２Ａ，図２Ｂおよび図２ＣはMDACの一例およびその動作を説明するための図であり、図１ＡのＡＤ変換回路におけるMDACの動作を説明するためのものである。
【００３４】
ここで、図２ＢはMDAC1およびMDAC2の処理を示し、また、図２ＣはMDAC1の処理のみを示している。さらに、図２Ａにおいて、参照符号OP1, OP2は、演算増幅器(オペアンプ：増幅器)を示している。
【００３５】
なお、図２Ａ〜図２Ｃでは、変換タイミングＴを４つの期間(1)〜(4)に分けているが、これは、後述する各実施例の説明に対応させるためであり、実際には、期間(1)＋(2)と期間(3)＋(4)の２つの期間の動作として説明することができる。
【００３６】
すなわち、例えば、図２Ｂおよび図２Ｃでは、一連の動作を繰り返す時間(変換タイミングＴ)に対して(1)〜(4)の期間に四分割して描いている。従って、期間の長さは、(1)＋(2)＝(3)＋(4)＝Ｔ／２になっている。
【００３７】
また、本明細書および添付の図面では、説明を容易にするために、シングルエンド信号を処理する場合を記載しているが、差動信号を処理する場合でも基本的な形態は同じである。
【００３８】
さらに、図２Ａでは、MDAC1およびMDAC2の２つのMDACが描かれているが、基本動作は前段のMDAC1について説明し、後段のMDAC2は前段のMDAC1の負荷状態を理解し易くするために用いている。
【００３９】
まず、図２Ａに示されるように、アナログ信号の処理回路であるMDACは、容量(Ｃ),スイッチ(ＳＷ)および演算増幅器(ＯＰ：オペアンプ)を含むスイッチドキャパシタ(ＳＣ)回路とされている。
【００４０】
MDACの基本動作は、まず、期間(1)＋(2)において、MDAC1ではアナログ入力信号(VIN)をサンプリング容量C1S(＝C1n1＋C1n2)でサンプリングする。また、同じ期間(1)＋(2)において、比較器を有するサブＡＤ変換器ADC1(110)を用いて、デジタル出力結果DO(DO1)と参照電圧VRの加減算係数DA(DA1)を決める。
【００４１】
次に、期間(3)＋(4)において、オペアンプOP1と容量C1n1, C1n2とADC1による比較結果を用いたDAC出力電圧を印加することで、アナログ演算結果VO1を出力する。
【００４２】
この結果は、同時に次段MDAC(MDAC2)の入力信号VIN2として、サンプリング容量C2S(２つの容量C2n1, C2n2)にサンプリングされると同時に、次段のサブＡＤ変換器ADC2(110)の入力信号になる。
【００４３】
なお、図２Ｃにおいて、後に詳述するように、MDAC1が演算を行う期間(3)＋(4)では、容量C1n1が演算用の容量(C1MDAC)になり、容量C1n2がホールド容量(C1H)になり、そして、次段のMDAC2のサンプリング容量C2S(＝C2n1＋C2n2)が負荷になる。
【００４４】
すなわち、期間(3)＋(4)では、ホールド容量C1H(C1n2)がオペアンプOP1の出力端子と負入力端子の間に接続され、また、演算容量C1MDAC(C1n1)がサブＤＡ変換器(101)の出力端子とオペアンプOP1の負入力端子の間に接続されることになる。そして、オペアンプOP1の出力端子には、次段のMDAC2のサンプリング容量C2S(C2n1＋C2n2)が接続されることになる。
【００４５】
図３Ａは１．５ｂ構成のMDACの一例をサンプリング時とホールド時に分けて示す回路図であり、また、図３Ｂ，図３Ｃおよび図３Ｄは、図３ＡのMDACの動作を説明するための図である。
【００４６】
図３Ａにおいて、参照符号SWC1は、信号MCLKおよびSHSELを受け取り、スイッチ制御信号を出力するスイッチ制御部、また、101はサブＤＡＣ、CMP1およびCMO2はコンパレータ、DFF1およびDFF2はフリップフロップ、そして、L01はロジック部を示している。
【００４７】
まず、図３Ａの左側，並びに，図３Ｂの期間(1)および(2)((1)＋(2))に示されるように、MDAC1のサンプリング(Ｓ)時において、スイッチ制御部SWC1は、スイッチSWS1A/1B/2A/2BおよびSWADCINに対する制御信号を高レベル『Ｈ』にしてこれらのスイッチをオンする。
【００４８】
ここで、コンパレータCMP1およびCMP2は、スイッチSWADCINがオンすると、比較電圧VCMPとして与えられる入力電圧VINをそれぞれ基準電圧1/4*VRおよび-1/4*VRと比較し、その比較結果をフリップフロップDFF1およびDFF2の入力端子に供給する。
【００４９】
さらに、期間(1)＋(2)のMDAC1のサンプリング時において、スイッチ制御部SWC1は、スイッチSWH1A/1B/2Bに対する制御信号およびCLKADCを低レベル『Ｌ』にする。これにより、スイッチSWH1A/1B/2Bはオフし、また、フリップフロップDFF1, DFF2はディセーブルになる。
【００５０】
前述したように、MDAC1が入力信号VINをサンプリングするサンプリング容量C1Sは、スイッチSWS1A, SWS1BおよびSWS2Bがオンして容量C1n1およびC1n2が並列接続されるため、サンプリング容量C1Sは、C1S＝C1n1＋C1n2になる。そして、C1n1＝C1n2＝C0/2とすると、C1S＝C1n1＋C1n2＝C0になる。
【００５１】
次に、図３Ａの右側，並びに，図３Ｂの期間(3)および(4)((3)＋(4))に示されるように、MDAC1のホールド(Ｈ：演算)時において、スイッチ制御部SWC1は、スイッチSWS1A/1B/2A/2BおよびSWADCINに対する制御信号を『Ｌ』にしてこれらのスイッチをオフする。
【００５２】
さらに、期間(3)＋(4)のホールド時において、スイッチ制御部SWC1は、スイッチSWH1A/1B/2Bに対する制御信号およびCLKADCを『Ｈ』にする。これにより、スイッチSWH1A/1B/2Bはオンし、また、フリップフロップDFF1, DFF2はイネーブルになって入力データをラッチして保持する。
【００５３】
ここで、フリップフロップDFF1およびDFF2の出力信号はロジック部LO1に供給され、ロジック部LO1は、デジタル出力DOおよび加減算係数DA1を出力する。なお、加減算係数DA1は、サブＤＡＣ101に供給されている。
【００５４】
また、ホールド容量C1Hおよび演算容量C1MDACは、C1H＝C0/2およびC1MDAC＝C0/2になり、帰還量βは、β＝C1H/(C1H＋C1MDAC)＝1/2になり、そして、信号増幅率ｍは、ｍ＝C1S/C1H＝２になる。
【００５５】
すなわち、期間(3)＋(4)では、ホールド容量C1H(C1n2)がオペアンプOP1の出力端子と負入力端子の間に接続され、また、演算容量C1MDAC(C1n1)がサブＤＡ変換器(101)の出力端子とオペアンプOP1の負入力端子の間に接続されることになる。
【００５６】
なお、信号増幅率ｍ＝２のとき、VIN/VRとVO/VRの間には、図３Ｃに示す関係が成立している。また、入力電圧VIN(比較電圧VCMP), デジタル出力DO, 加減算係数DA1, サブＤＡＣ101の出力電圧VDA1およびオペアンプOP1の出力電圧VOは、それぞれ図３Ｄのようになる。
【００５７】
ここで、出力電圧VOは、VO＝ｍ*｛VIN−(DA/m)*VR｝で、ｍ＝２なので、VO＝2*VIN−DA*VRになる。
【００５８】
すなわち、入力電圧VINが+VR≧VIN≧+(1/4)*VRのとき、DOは+01、DAは+1、VDA1は+VRおよびVOは2*VIN-VRになり、また、入力電圧VINが+(1/4)*VR≧VIN≧-(1/4)*VRのとき、DOは00、DAは0、VDA1は0およびVOは2*VINになる。
【００５９】
さらに、入力電圧VINが-(1/4)*VR≧VIN≧-VRのとき、DOは-01、DAは-1、VDA1は-VRおよびVOは2*VIN+VRになる。
【００６０】
図４Ａは２．５ｂ構成のMDACの一例をサンプリング時とホールド時に分けて示す回路図であり、また、図４Ｂおよび図４Ｃは図４ＡのMDACの動作を説明するための図である。
【００６１】
図４Ａと前述した図３Ａとの比較から明らかなように、２．５ｂ構成のMDACでは、２．５ｂ構成のMDACにおける容量C1n1を２つの容量C1n11, C1n12に分割し、それぞれに対してサブＤＡＣ101a, 101bおよびスイッチSWS11B, SWH11B; SWS12B, SWH12Bを設けている。
【００６２】
さらに、図３Ａにおける２つのコンパレータCMP1, CMP2を６個のコンパレータCMP11〜CMP16とし、各コンパレータCMP11〜CMP16に対してそれぞれ６分割した電圧5/8*VR, 3/8*VR, 1/8*VR, -1/8*VR, -3/8*VR, -5/8*VRを印加して入力電圧VIN(VCMP)との比較を行う。
【００６３】
各コンパレータCMP11〜CMP16の出力信号は、フリップフロップDFF1１〜DFF１６を介してロジック部LO1に供給され、ロジック部LO1は、サブＤＡＣ101a, 101bに供給する２つの加減算係数DA1, DA2およびデジタル出力DOを出力する。
【００６４】
そして、図４Ａの左側に示されるように、MDAC1のサンプリング時において、スイッチ制御部SWC1は、スイッチSWS1A/2B/11B/12BBおよびSWADCINに対する制御信号を『Ｈ』にしてこれらのスイッチをオンする。
【００６５】
さらに、MDAC1のサンプリング時において、スイッチ制御部SWC1は、スイッチSWH1A/2B/11B/12Bに対する制御信号およびCLKADCを『Ｌ』にして、スイッチSWH1A/2B/11B/12Bをオフし、また、フリップフロップDFF11〜DFF16をディセーブルにする。
【００６６】
このとき、サンプリング容量C1Sは、スイッチSWS11B, SWS12BおよびSWS2Bがオンして容量C1n11, C1n12およびC1n2が並列接続されるため、C1S＝C1n11＋C1n12＋C1n2になる。そして、C1n11＝C0/2, C1n2＝C1n12＝C0/4とすると、C1S＝C1n11＋C1n12＋C1n2＝C0になる。
【００６７】
次に、図４Ａの右側に示されるように、MDAC1のホールド時において、スイッチ制御部SWC1は、スイッチSWS1A/2B/11B/12BおよびSWADCINに対する制御信号を『Ｌ』にしてこれらのスイッチをオフする。
【００６８】
さらに、MDAC1のホールド時において、スイッチ制御部SWC1は、スイッチSWH1A/2B/11B/12Bに対する制御信号およびCLKADCを『Ｈ』にする。これにより、スイッチSWH1A/2B/11B/12Bはオンし、また、フリップフロップDFF1〜DFF16はイネーブルになって入力データをラッチして保持する。
【００６９】
すなわち、フリップフロップDFF1〜DFF16は、対応する各コンパレータCMP11〜CMP16の出力信号を取り込んで保持する。ここで、フリップフロップDFF1〜DFF16の出力信号はロジック部LO1に供給され、ロジック部LO1は、デジタル出力DOおよび加減算係数DA1, DA2を出力する。なお、加減算係数DA1およびDA2は、それぞれサブＤＡＣ101bおよび101aに供給されている。
【００７０】
また、ホールド容量C1Hおよび演算容量C1MDACは、C1H＝C0/4およびC1MDAC＝(3/4)*C0になり、帰還量βは、β＝C1H/(C1H＋C1MDAC)＝1/4になり、そして、信号増幅率ｍは、ｍ＝C1S/C1H＝４になる。
【００７１】
なお、信号増幅率ｍ＝４のとき、VIN/VRとVO/VRの間には、図４Ｂに示す関係が成立している。
【００７２】
また、入力電圧VIN(比較電圧VCMP), デジタル出力DO, 加減算係数DA1,DA2, サブＤＡＣ101bおよび101aの出力電圧VDA1およびVDA2, 並びに, オペアンプOP1の出力電圧VOは、それぞれ図４Ｃのようになる。
【００７３】
ここで、出力電圧VOは、VO＝ｍ*｛VIN−(DA/m)*VR｝で、ｍ＝４なので、VO＝4*VIN−DA*VRになる。
【００７４】
すなわち、入力電圧VINが+VR≧VIN≧+(5/8)*VRのとき、DOは+011、DAは+3、VDA2は+VR、VDA1は+VRおよびVOは4*VIN-3*VRになり、また、入力電圧VINが+(5/8)*VR ≧VIN≧+(3/8)*VRのとき、DOは+010、DAは+2、VDA2は+VR、VDA1は0およびVOは4*VIN-2*VRになる。
【００７５】
さらに、入力電圧VINが+(3/8)*VR≧VIN≧+(1/8)*VRのとき、DOは+001、DAは+1、VDA2は0、VDA1は+VRおよびVOは4*VIN-VRになり、また、入力電圧VINが+(1/8)*VR ≧VIN≧-(1/8)*VRのとき、DOは000、DAは0、VDA2は0、VDA1は0およびVOは4*VINになる。
【００７６】
また、入力電圧VINが-(1/8)*VR≧VIN≧-(3/8)*VRのとき、DOは-001、DAは-1、VDA2は0、VDA1は-VRおよびVOは4*VIN+VRになり、さらに、入力電圧VINが-(3/8)*VR ≧VIN≧-(5/8)*VRのとき、DOは-010、DAは-2、VDA2は-VR、VDA1は0およびVOは4*VIN+2*VRになる。
【００７７】
そして、入力電圧VINが-(5/8)*VR≧VIN≧-VRのとき、DOは-011、DAは-3、VDA2は-VR、VDA1は-VRおよびVOは4*VIN+3*VRになる。
【００７８】
なお、説明は省略するが、３．５ｂおよび４．５ｂ等の他の構成のMDACに対しても、後述する各実施例を適用することが可能である。
【００７９】
図５はMDACの演算時(ホールド時)の動作速度とオペアンプの消費電流の関係を説明するための図であり、MDAC1の演算動作時の演算動作速度と増幅器の消費電流の関係を示すものである。
【００８０】
ここで、負荷をCLT, 帰還量をβ1，オペアンプOP1の電流をIAMPとすると、必要な変換時間T1は、下記の関係になる(式(5)を参照)。
【数１】
2011027465.tif 000069
【００８１】
ここで、TL1*IAMPとT2S*IAMPは、下記の関係になる(式(7)および(8)を参照)。なお、説明を容易にするために、図３Ａ〜図３Ｄおよび図４Ａ〜図４Ｃでは、C1MDAC＋C1H＝C1Sとしているが、この条件がなくても同様なことが言える。
【数２】
2011027465.tif 000070
【００８２】
MDAC(MDAC1)のサンプリング容量C1Sは、熱雑音(kT/C)で規定されるため、これを図３Ａ〜図３Ｄおよび図４Ａ〜図４Ｃでは、基準値として一定の値C0としている。また、信号増幅率(ｍ)は、C1S/C1Hで表される。
【００８３】
すなわち、図３Ａ〜図３Ｄ(１．５ｂ構成のMDAC)の場合は、ｍ＝２であり、図４Ａ〜図４Ｃ(２．５ｂ構成のMDAC)の場合は、ｍ＝４である。従って、図３Ａ〜図３Ｄおよび図４Ａ〜図４ＣのMDACを、信号増幅率ｍを使ってC1HおよびC1MDACを表現すると下記のようになる(式(10)および(11)を参照)。
【数３】
2011027465.tif 000071
【００８４】
次段のMDAC(MDAC2)のサンプリング容量C2Sは、一般的に信号増幅率(m)に対して、(1/m)倍にしてよいが、最小容量値の制限を考慮する必要がある。すなわち、下記の(A)および(B)の２種類を考慮する必要がある。
【数４】
2011027465.tif 000072
【００８５】
図６はMDAC方式のＡＤ変換回路の無負荷時における性能を比較して示す図であり、信号増幅率ｍ＝２およびｍ＝４のそれぞれにおいて、無負荷時と有負荷時をスケーリング(Scaling)有無の条件を加えて示すものである。
【００８６】
ここで、スケーリング有の場合とは、各段のMDACの容量を、例えば、ｍ＝２(１．５ｂ構成のMDAC)の場合には、後段に行くに従って１／２ずつ低減し、ｍ＝４(２．５ｂ構成のMDAC)の場合には、後段に行くに従って１／４ずつ低減するものである。一方、スケーリング無の場合とは、MDACの容量を各段で全て等しくしたものである。
【００８７】
図６に示されるように、無負荷時に比べて、負荷が有ると２倍以上の変換時間(T*IAMPを参照)が必要になり、特に、図５に示す容量C2Sがスケーリング無だと速度低下が極めて大きくなるのが分かる。
【００８８】
また、多ビット(ｍ＝４)の場合、容量C2Sがスケーリング無だと無負荷時に比べて変換速度(演算速度)が６倍以上低いことが分かる。すなわち、無付加時に比べて増幅器(オペアンプ)の電源電流を一定にすると、変換に要する時間が２倍以上必要(変換速度が半分以下)になることが分かる。
【００８９】
このように、MDAC(スイッチドキャパシタ回路)では、例えば、次段のサンプリング容量による負荷が有ると、負荷が無いときに比べて２倍以上の変換(演算)時間が必要になる。さらに、このMDACの変換速度に関しては、スケーリングが無いと速度低下が大きくなり、また、多ビット化になる程、速度低下が大きくなる。
【００９０】
図７はMDAC(スイッチドキャパシタ回路：ＳＣ回路)のアナログ演算および次段サンプリング時の動作を説明するための図であり、上述したアナログ演算(ホールド動作)時の動作を簡略化して説明するものである。
【００９１】
図７に示されるように、アナログ演算を行うＳＣ回路11(MDAC1)では、容量C1MDACおよびC1Hが接続(使用)されている。また、演算増幅器(オペアンプ：増幅器)OP1の出力には、その出力電圧VO(0)をサンプリングするために、次段のＳＣ回路12(MDAC2)のサンプリング容量C2Sが接続される。
【００９２】
すなわち、ＳＣ回路11では、ホールド容量C1HがオペアンプOP1の出力端子と負入力端子の間に接続され、また、演算容量C1MDACがサブＤＡ変換器(101)の出力端子とオペアンプOP1の負入力端子の間に接続される。そして、オペアンプOP1の出力端子には、次段のＳＣ回路1２のサンプリング容量C2Sが接続されることになる。
【００９３】
従って、ＳＣ回路11がアナログ演算を行っている間、オペアンプOP1の負荷として次段のＳＣ回路12のサンプリング容量C2Sが接続されるため、増幅器の電源電流を増大しなければならない。
【００９４】
このことは、消費電力の増加と共に、増幅器のサイズが増大することによる占有面積の増大をきたし、コスト増にも繋がることになる。
【００９５】
次に、添付図面を参照して、一実施形態のスイッチドキャパシタ回路およびＡＤ変換回路の実施例を詳述する。
【００９６】
図８Ａは第１実施例のMDACにおけるアナログ演算の動作を説明するための図であり、また、図８Ｂは第１実施例のMDACにおける次段サンプリングの動作を説明するための図である。
【００９７】
上述した図７と図８Ａおよび図８Ｂとの比較から明らかなように、本第１実施例では、アナログ演算(ホールド動作)を前半動作モードと後半動作モードの２つのモードに分けて処理を行う。
【００９８】
すなわち、図８Ａに示す前半動作モードでは、次段のＳＣ回路12(MDAC2)のサンプリング容量C2Sを未接続としてＳＣ回路11(MDAC1)のアナログ演算を行う。
【００９９】
また、図８Ｂに示す後半動作モードでは、ＳＣ回路11において、演算用の容量C1MDACを切り離すことで帰還係数βを全帰還の『１』に設定し、次段のＳＣ回路12のサンプリング容量C2Sの出力電圧を蓄積する。
【０１００】
このように、アナログ演算を２つのモードに分けて処理を行うことにより、演算動作の高速化，増幅器の低消費電力化，或いは，回路の占有面積の低減等を実現することが可能になる。
【０１０１】
なお、本明細書では、主として、ＳＣ回路をMDACとして適用した例を説明するが、各実施例は、基本的にＳＣ回路の演算の高速化そのものを実現するものであり、ＳＣ回路およびＳＣ回路を適用した様々な回路に対して幅広く適用することが可能なものである。
【０１０２】
図９Ａおよび図９Ｂは第１実施例のMDACおよびその動作を説明するための図であり、変換タイミングＴを４つの期間(1)〜(4)に分割して説明するものである。
【０１０３】
図９Ａおよび図９Ｂと前述した図２Ａおよび図２Ｃとの比較から明らかなように、本第１実施例のMDACにおいて、まず、期間(1)において、MDAC1およびADC1(サブＡＤ変換器)は未使用で、MDAC2は演算(ホールド：Ｈ)を行う。
【０１０４】
なお、MDAC2のオペアンプOP2の出力は、後述する期間(3)におけるMDAC1のオペアンプOP1と同様に次段のMDAC(MDAC3)の負荷(C3S)から切り離され、無負荷になっている。
【０１０５】
次に、期間(2)において、ADC1は使用され、MDAC1はサンプリング(Ｓ)を行い、また、MDAC2は演算(全帰還演算)を行う。
【０１０６】
さらに、期間(3)において、MDAC2およびADC2(サブＡＤ変換器)は未使用で、MDAC1は演算を行う。なお、MDAC1のオペアンプOP1の出力は、次段のMDAC2の負荷(サンプリング容量C2S(＝C2n1＋C2n2))から切り離され、無負荷になっている。
【０１０７】
ここで、期間(3)におけるMDAC1の動作は、図８Ａを参照して説明したＳＣ11(MDAC1)の動作に対応している。なお、容量C1n1が演算容量C1MDACになり、容量C1n2がホールド容量C1Hになる。
【０１０８】
そして、期間(4)において、MDAC1は演算(全帰還演算)を行い、ADC2は使用され、MDAC2はサンプリングを行う。ここで、期間(4)におけるMDAC1の動作は、図８Ｂを参照して説明したＳＣ11(MDAC1)の動作に対応する。
【０１０９】
これにより、本第１実施例のMDACによれば、演算動作の高速化，増幅器の低消費電力化，或いは，回路の占有面積の低減等を図ることができる。
【０１１０】
ここで、期間(1)と期間(2)(期間(3)と期間(4))は、回路の動作速度や使用する容量の大きさ等を鑑みて適宜その比率を変化させることができる。また、期間(1)および期間(2)(期間(3)および期間(4))において、オペアンプOP1の電源電流を異なる値に設定することもできる。
【０１１１】
なお、この期間(1)と期間(2)(期間(3)と期間(4))の比率の変化、並びに、期間(1)および期間(2)(期間(3)および期間(4))におけるオペアンプの電源電流の制御は、第１実施例に限定されるものではなく、以下の第２実施例〜第５実施例においても行うことができる。
【０１１２】
図１０Ａは第１実施例のMDACの一例を示す回路図であり、また、図１０Ｂは図１０ＡのMDACの動作を説明するための図である。ここで、図１０Ａおよび図１０Ｂは、１．５ｂ構成のMDAC(MDAC1)を示すものである。
【０１１３】
また、図１０Ｂの各期間(1)〜(4)におけるMDAC1の回路は、前述した図９Ａの(1)〜(4)におけるMDAC1に対応している。
【０１１４】
図１０Ａにおいて、参照符号SWC1は、信号MCLKおよびSHSELを受け取り、スイッチ制御信号を出力するスイッチ制御部、また、101はサブＤＡＣ、CMP1およびCMO2はコンパレータ、DFF1およびDFF2はフリップフロップ、そして、L01はロジック部を示している。
【０１１５】
図１０Ａに示されるように、MDAC1(スイッチドキャパシタ回路)は、容量C1n1, C1n2(２つ以上の内部容量)，オペアンプOP1(１つ以上の増幅器)およびスイッチSWS1A/1B/2A/2B, SWH1A/1B, SWH2A/2B, SWADCIN(２つ以上の内部スイッチ)を有する。
【０１１６】
図１０Ａおよび図１０Ｂと前述した図３Ａおよび図３Ｂとの比較から明らかなように、両者のMDAC1は同様のものであるが、スイッチ制御部SWC1による各スイッチの制御が異なっている。
【０１１７】
まず、図１０Ｂの期間(1)において、スイッチ制御部SWC1は、スイッチSWS1A/1B/2A/2B, SWH1A/1B, SWH2A/2BおよびSWADCINに対する制御信号を低レベル『Ｌ』にしてこれらのスイッチをオフする。なお、信号CLKADCは『Ｌ』で、フリップフロップDFF1およびDFF2はディセーブルにされている。
【０１１８】
次に、図１０Ｂの期間(2)において、スイッチ制御部SWC1は、スイッチSWS1A/1B/2A/2BおよびSWADCINに対する制御信号を高レベル『Ｈ』にしてこれらのスイッチをオンする。なお、スイッチSWH1A/1B, SWH2A/2Bに対する制御信号および信号CLKADCは『Ｌ』のままになっている。
【０１１９】
これにより、期間(2)において、スイッチSWS1A/1B/2A/2BおよびSWADCINがオンして、MDAC1はサンプリング(Ｓ)を行う。すなわち、入力電圧VIN(比較電圧VCMP)は、コンパレータCMP1およびCMP2により、それぞれ基準電圧1/4*VRおよび-1/4*VRと比較され、その比較結果がフリップフロップDFF1およびDFF2の入力端子に供給される。
【０１２０】
また、期間(2)において、入力電圧VINは、サンプリング容量C1S(C1n1＋C1n2)によりサンプリングされる。
【０１２１】
さらに、図１０Ｂの期間(3)において、スイッチ制御部SWC1は、スイッチSWS1A/1B/2A/2BおよびSWADCINに対する制御信号を『Ｌ』にしてこれらのスイッチをオフし、スイッチSWH1A/1B, SWH2A/2Bに対する制御信号を『Ｈ』にする。なお、信号CLKADCは、『Ｈ』にされる。
【０１２２】
これにより、期間(3)において、コンパレータCMP1およびCMP2の比較結果は、フリップフロップDFF1およびDFF2に取り込まれて保持される。また、オペアンプOP1は、次段のMDAC2に対しても同様の制御が行われるので、次段のMDAC2の負荷(C2S)から切り離されて無負荷状態になる。
【０１２３】
すなわち、ホールド容量C1H(C1n2)はオペアンプOP1の出力端子と負入力端子の間に接続され、また、演算容量C1MDAC(C1n1)はサブＤＡ変換器101の出力端子とオペアンプOP1の負入力端子の間に接続される。そして、オペアンプOP1は、その出力端子が次段のMDAC2のサンプリング容量C2S(C2n1＋C2n2)から切り離されて無負荷状態で動作することになる。
【０１２４】
なお、期間(3)におけるMDAC1の動作は、図８Ａ，図９Ａおよび図９Ｂを参照して説明した通りである。
【０１２５】
そして、図１０Ｂの期間(4)において、スイッチ制御部SWC1は、スイッチSWH1A/1Bに対する制御信号を『Ｈ』から『Ｌ』にしてスイッチSWH1A/1Bをオフし、容量C1n1が切り離される。ここで、他のスイッチSWS1A/1B/2A/2B, SWADCINおよびSWH2A/2Bは、期間(3)と同じ状態に保持される。
【０１２６】
これにより、期間(4)において、MDAC1は全帰還演算を行うことになる。なお、期間(4)におけるMDAC1の動作は、図８Ｂ，図９Ａおよび図９Ｂを参照して説明した通りである。
【０１２７】
図１１は第１実施例のMDACと図３Ａに示すMDACの性能を比較して示す図であり、ｍ＝２、すなわち、１．５ｂ構成のMDACにおける性能改善量を示すものである。
【０１２８】
MDACの動作速度或いは消費電力に関連する図１１の『T*IAMP』に示されるように、第１実施例のMDACでは、図３ＡのMDACに比べて、スケーリング有の時は約３３％、また、スケーリング無の時は約４０％の高速化或いは低消費電力化が可能なことが分かる。
【０１２９】
すなわち、MDACの動作速度(Ｔ)を同一にした場合には、消費電力(オペアンプの電流をＩAMP)を低減することができ、また、オペアンプの電流(ＩAMP：消費電力)を同一にした場合には、MDACの動作速度(Ｔ)を高速化することができる。
【０１３０】
なお、上述した動作速度および消費電力に関しては、動作速度または消費電力のいずれかに注目し、それらの大きさを必要に応じて適宜設計することができる。この場合、例えば、各期間(1)〜(4)の時間(デューティ比)を調整するといった変更を行ってもよい。
【０１３１】
また、例えば、MDACを循環比較型ＡＤ変換回路に適用する場合、MDACによる最初または前半の処理時間を長くし、最後または後半の処理時間を短くするようにスイッチングタイミング(クロックの周期)を変化させるように設計するこもできる。
【０１３２】
図１２は第１実施例を変形したMDAC(２．５ｂ構成のMDACに適用したもの)と図４Ａに示すMDACの性能を比較して示す図であり、ｍ＝４、すなわち、２．５ｂ構成のMDACにおける性能改善量を示すものである。
【０１３３】
図１２の『T*IAMP』に示されるように、第１実施例を変形した２．５ｂ構成のMDACでは、図４ＡのMDACに比べて、スケーリング有の時は約４３％、また、スケーリング無の時は約６３％の高速化或いは低消費電力化が可能なことが分かる。
【０１３４】
なお、図１１で説明したように、『T*IAMP』に関しては、動作速度(Ｔ)または消費電力(ＩAMP)に注目してそれらの大きさを適宜設計することができ、また、各期間(1)〜(4)の調整も適宜行うことができる。
【０１３５】
ここで、MDAC(MDAC1)のアナログ演算時における前半動作モード(期間(3))および後半動作モード(期間(4))の時間、並びに、それら前半および後半動作モードの帰還量βを、それぞれTL1およびT2S、並びに、β1およびβ2とする。
【０１３６】
なお、本第１実施例のMDACのアナログ演算時における前半動作モード(期間(3))の動作は、前述した図６におけるｍ＝２の無負荷時の動作と同じになる。
【０１３７】
しかしながら、本第１実施例のMDACのアナログ演算時における後半動作モード(期間(4))の動作は、容量C1MDACが切り離されるため、帰還量βは『１』になる共に、容量CL1はほぼ『０』と見做してよいことになる。
【０１３８】
すなわち、次の式(16)〜(18)が成立する。
【数５】
2011027465.tif 000073
【０１３９】
ここで、T2S*IAMPの値を、図３ＡのMDACにおける式(15)と、上記第１実施例のMDACにおける式(18)とを比較すると、第１実施例のMDACの方がｍ倍高速化されているのが分かる。
【０１４０】
なお、以上の説明では、スイッチ制御部SWC1による各スイッチの切り換えタイミングの制御だけだが、例えば、期間(1)，(2)(期間(3)，(4))のデューティ比を制御、或いは、オペアンプの電源電流を制御することでより理想値に近い性能を発揮させることができる。
【０１４１】
図１３Ａおよび図１３Ｂは第２実施例のMDACおよびその動作を説明するための図であり、変換タイミングＴを４つの期間(1)〜(4)に分割して説明するものである。
【０１４２】
図１３Ａおよび図１３Ｂと前述した図９Ａおよび図９Ｂとの比較から明らかなように、本第２実施例のMDACにおいて、まず、期間(1)において、MDAC1は未使用だがADC1を使用するようになっている。なお、MDAC2は演算(ホールド：Ｈ)を行う。
【０１４３】
すなわち、本第２実施例のMDACは、期間(1)において、ADC1が使用され、図示しないMDAC1におけるサブＤＡＣ(例えば、図３ＡのサブＤＡＣ101参照)へ加減算係数DA1を供給するようになっている。なお、第１実施例のMDACにおいては、ADC1からサブＤＡＣへの加減算係数DA1の供給は期間(2)において行われている。
【０１４４】
次に、期間(2)において、MDAC1はサンプリング(Ｓ)を行い、また、MDAC2は演算(全帰還演算)を行う。なお、ADC1は、期間(1)の動作を継続している。
【０１４５】
さらに、期間(3)において、MDAC2は未使用だがADC2は使用され、MDAC1は演算を行う。なお、MDAC1のオペアンプOP1の出力は、次段のMDAC2の負荷(サンプリング容量C2S(＝C2n1＋C2n2))から切り離され、無負荷になっているのは第１実施例と同様である。
【０１４６】
すなわち、本第２実施例では、期間(3)において、ADC2が使用され、図示しないMDAC2におけるサブＤＡＣへ加減算係数DA2を供給するようになっている。
【０１４７】
そして、期間(4)において、MDAC1は演算(全帰還演算)を行い、MDAC2はサンプリングを行う。なお、ADC2は、期間(3)の動作を継続している。
【０１４８】
このように、本第２実施例のMDACは、例えば、MDAC1のアナログ演算結果が期間(1)および(2)の２つの期間で出力されることを利用し、ADC1における比較器(例えば、図１０ＡにおけるコンパレータCMP1, CMP2)の変換速度を緩和するようにしたものである。
【０１４９】
すなわち、本第２実施例によれば、ADC1のコンパレータCMP1, CMP2は、期間(1)の最終データを使用して期間(2)全体の時間をかけて比較処理を行えばよく、コンパレータCMP1, CMP2に対する高速動作の要求を緩和することができる。
【０１５０】
図１４Ａは第２実施例のMDACの一例を示す回路図であり、また、図１４Ｂは図１４ＡのMDACの動作を説明するための図である。ここで、図１４Ａおよび図１４Ｂは、１．５ｂ構成のMDAC(MDAC1)を示すものである。
【０１５１】
また、図１４Ｂの各期間(1)〜(4)におけるMDAC1の回路は、前述した図１３Ａの(1)〜(4)におけるMDAC1に対応している。
【０１５２】
図１４Ａと前述した図１０Ａとの比較から明らかなように、本第２実施例のMDAC(MDAC1)は、第１実施例のMDAC1に対して、スイッチSWASCINとADC1との間に設けられ、期間(1)においてサンプリング容量ＣSとして機能する容量CS(CMP)が設けられている。
【０１５３】
図１４Ａに示されるように、MDAC1(スイッチドキャパシタ回路)は、容量C1n1, C1n2, CS(CMP)(２つ以上の内部容量)，オペアンプOP1(１つ以上の増幅器)およびスイッチSWS1A/1B/2A/2B, SWH1A/1B, SWH2A/2B, SWADCIN(２つ以上の内部スイッチ)を有する。
【０１５４】
図１４Ｂの期間(1)において、スイッチ制御部SWC1は、スイッチSWS1A/1B/2A/2B, SWH1A/1B, SWH2A/2Bに対する制御信号を低レベル『Ｌ』にしてこれらのスイッチをオフし、スイッチSWADCINに対する制御信号を高レベル『Ｈ』にしてスイッチSWADCINをオンする。ここで、信号CLKADCは『Ｌ』で、フリップフロップDFF1およびDFF2はディセーブルにされている。
【０１５５】
すなわち、前述した図１０Ａおよび図１０Ｂを参照して説明したのと異なるのは、期間(1)において、スイッチSWADCINがオンされて、サンプリング容量ＣS(CMP)に比較電圧VCMP(入力電圧VIN)がサンプリングされる点である。
【０１５６】
次に、図１４Ｂの期間(2)において、スイッチ制御部SWC1は、スイッチSWS1A/1B/2A/2Bに対する制御信号を『Ｈ』にしてこれらのスイッチをオンし、また、スイッチSWADCINに対する制御信号を『Ｌ』にしてスイッチSWADCINをオフする。なお、スイッチSWH1A/1B, SWH2A/2Bに対する制御信号および信号CLKADCは『Ｌ』のままになっている。
【０１５７】
ここで、ADC1のコンパレータCMP1およびCMP2は、期間(1)において容量ＣS(CMP)にサンプリングされた比較電圧VCMPを期間(2)の最初からそれぞれ基準電圧1/4*VRおよび-1/4*VRと比較し、その比較結果がフリップフロップDFF1およびDFF2の入力端子に供給される。
【０１５８】
さらに、図１４Ｂの期間(3)において、スイッチ制御部SWC1は、スイッチSWS1A/1B/2A/2BおよびSWADCINに対する制御信号を『Ｌ』にしてこれらのスイッチをオフし、スイッチSWH1A/1B, SWH2A/2Bに対する制御信号を『Ｈ』にしてこれらのスイッチをオンする。なお、信号CLKADCも『Ｈ』にされる。
【０１５９】
これにより、期間(3)において、コンパレータCMP1およびCMP2の比較結果は、フリップフロップDFF1およびDFF2に取り込まれて保持される。ここで、オペアンプOP1は、次段のMDAC2の負荷(C2S)から切り離されるが、その出力電圧VO1は、次段のADC2のサンプリングＣS(CMP)によりサンプリングされる。
【０１６０】
そして、図１４Ｂの期間(4)において、スイッチ制御部SWC1は、スイッチSWH1A/1Bに対する制御信号を『Ｈ』から『Ｌ』にしてスイッチSWH1A/1Bをオフし、容量C1n1が切り離される。
【０１６１】
なお、他のスイッチSWS1A/1B/2A/2B, SWADCINおよびSWH2A/2Bは、期間(3)と同じ状態に保持される。これにより、期間(4)において、MDAC1は全帰還演算を行うことになる。
【０１６２】
図１５Ａおよび図１５Ｂは第３実施例のMDACおよびその動作を説明するための図であり、変換タイミングＴを４つの期間(1)〜(4)に分割して説明するものである。さらに、図１６Ａは第３実施例のMDACの一例を示す回路図であり、また、図１６Ｂは図１６ＡのMDACの動作を説明するための図である。
【０１６３】
図１５Ａ，図１５Ｂ，図１６Ａおよび図１６Ｂと、前述した図９Ａ，図９Ｂ，図１０Ａおよび図１０Ｂとの比較から明らかなように、本第３実施例は、第１実施例におけるコンパレータCMP1, CMP2を１つのコンパレータCMP0で兼用するようになっている。
【０１６４】
すなわち、図１６Ａと前述した図１０Ａとの比較から明らかなように、本第３実施例では、ADC1に２つのスイッチSELADC1, SELADC2を設け１つのコンパレータCMP0を期間(1)および(2)でそれぞれ第１実施例のコンパレータCMP1およびCMP2として使用する。
【０１６５】
さらに、第１実施例のフリップフロップDFF1, DFF2のクロック端子に供給する共通の信号CLKADCを別々の信号CLKADC1, CLKADC2として各フリップフロップDFF1およびDFF2の活性化を個別に制御するようになっている。
【０１６６】
図１５Ａおよび図１５Ｂに示されるように、本第３実施例のMDACは、まず、期間(1)において、MDAC1は未使用だがADC1は使用され、また、MDAC2は演算(Ｈ)を行う。ここで、期間(1)におけるADC1の使用は、例えば、基準電圧1/4*VRと入力電圧VIN(比較電圧VCMP)を比較してフリップフロップDFF1に出力するためのものである。
【０１６７】
次に、期間(2)において、ADC1は使用され、MDAC1はサンプリング(Ｓ)を行い、そして、MDAC2は演算を行う。ここで、期間(2)におけるADC1の使用は、例えば、基準電圧-1/4*VRと比較電圧VCMPを比較してフリップフロップDFF２に出力するためのものである。
【０１６８】
すなわち、本第３実施例では、期間(1)におけるADC1の使用で基準電圧1/4*VRと比較電圧VCMPの比較が行われ、期間(2)におけるADC1の使用で基準電圧-1/4*VRと比較電圧VCMPの比較が行われる。そして、この期間(1)および(2)における基準電圧と比較電圧の比較には同じコンパレータが共用化されることになる。
【０１６９】
さらに、期間(3)において、MDAC2は未使用だがADC2は使用され、また、MDAC1は演算を行う。そして、期間(4)において、ADC2は使用され、MDAC1は演算を行い、MDAC2はサンプリングを行う。
【０１７０】
なお、ADC2に関して、期間(3)および(4)の使用は、次段における比較電圧と異なる基準電圧の比較を行うためであり、同じコンパレータが共用化されることになる。
【０１７１】
図１６Ａに示されるように、本第３実施例において、ADC1のコンパレータCMP0の一方の入力には、比較電圧VCMPが印加され、他方の入力には、スイッチSELADC1を介した基準電圧1/4*VRとスイッチSELADC2を介した基準電圧-1/4*VRとが選択的に印加されている。なお、スイッチSELADC1, SELADC2は、スイッチ制御部SWC1からの信号により制御される。
【０１７２】
図１６Ａに示されるように、MDAC1(スイッチドキャパシタ回路)は、容量C1n1, C1n2(２つ以上の内部容量)，オペアンプOP1(１つ以上の増幅器)およびスイッチSWS1A/1B/2A/2B, SWH1A/1B, SWH2A/2B, SWADCIN(２つ以上の内部スイッチ)を有する。
【０１７３】
図１６Ｂの期間(1)において、スイッチ制御部SWC1は、スイッチSWS1A/1B/2A/2B, SWH1A/1B, SWH2A/2B, SELADC2に対する制御信号を『Ｌ』にしてこれらのスイッチをオフし、スイッチSWADCIN, SELADC1に対する制御信号を『Ｈ』にしてこれらのスイッチをオンする。
【０１７４】
これにより、コンパレータCMP0には、比較電圧VCMP(入力電圧VIN)およびスイッチSELADC1を介した基準電圧1/4*VRが印加され、これらの電圧を比較してその比較結果を出力する。ここで、信号CLKADC1およびCLKADC2は、両方とも『Ｌ』になっており、フリップフロップDFF1およびDFF2はディセーブルにされている。
【０１７５】
次に、図１６Ｂの期間(2)において、スイッチ制御部SWC1は、スイッチSWS1A/1B/2A/2B, SELADC2に対する制御信号を『Ｈ』にしてこれらのスイッチをオンし、また、スイッチSELADC1に対する制御信号を『Ｌ』にしてスイッチSELADC1をオフする。なお、他のスイッチは、区間(1)のままになっている。
【０１７６】
ここで、期間(2)では、信号CLKADC1が『Ｌ』から『Ｈ』に変化し、これによりフリップフロップDFF1がイネーブルになって、コンパレータCMP0による比較電圧VCMPと基準電圧1/4*VRとの比較結果を取り込んで保持する。
【０１７７】
さらに、上述したように、期間(2)では、スイッチSELADC1がオフしてスイッチSELADC2がオンするため、コンパレータCMP0は、比較電圧VCMPとスイッチSELADC2を介して印加される基準電圧-1/4*VRを比較することになる。
【０１７８】
さらに、図１６Ｂの期間(3)において、スイッチ制御部SWC1は、スイッチSWS1A/1B/2A/2B, SWADCIN, SELADC2に対する制御信号を『Ｌ』にしてこれらのスイッチをオフし、スイッチSWH1A/1B, SWH2A/2Bに対する制御信号を『Ｈ』にしてこれらのスイッチをオンする。
【０１７９】
ここで、期間(3)では、信号CLKADC2が『Ｌ』から『Ｈ』に変化し、これによりフリップフロップDFF2がイネーブルになって、コンパレータCMP0による比較電圧VCMPと基準電圧-1/4*VRとの比較結果を取り込んで保持する。
【０１８０】
これにより、ロジック部L01は、フリップフロップDFF1が保持している比較電圧VCMPと基準電圧1/4*VRとの比較結果、並びに、フリップフロップDFF2が保持している比較電圧VCMPと基準電圧-1/4*VRとの比較結果を受け取り、所定の論理演算を行うことになる。
【０１８１】
そして、図１６Ｂの期間(4)において、スイッチ制御部SWC1は、スイッチSWH1A/1Bに対する制御信号を『Ｈ』から『Ｌ』にしてスイッチSWH1A/1Bをオフする。なお、各期間(1)〜(4)における他の動作は、前述した第１および第２実施例の説明から明らかなので、その説明は省略する。
【０１８２】
このように、本第３実施例によれば、ADC1におけるコンパレータを共用化することで、ハード構成を低減することが可能になる。
【０１８３】
図１７は第３実施例のMDACと図３Ａおよび図４Ａに示す各MDACで必要とする比較器の数を比較して示す図である。
【０１８４】
図１７に示されるように、信号増幅率ｍ＝２(１．５ｂ構成のMDAC)の場合には、ADC(ADC1)におけるコンパレータCMP1, CMP2を１つのコンパレータCMP0にすることができ、コンパレータ数を半減することが可能である。
【０１８５】
さらに、信号増幅率ｍ＝４(２．５ｂ構成のMDAC)の場合、例えば、図１４ＡにおけるコンパレータCMP11〜CMP16(６個)は、上述した第３実施例を適用することにより３個に半減することができる。
【０１８６】
なお、図１７は単なる例を示すものであり、これに限定されるものではなく、信号増幅率ｍがより大きく(多ビット)になれば、コンパレータ数の低減の効果はより大きなものになる。
【０１８７】
図１８Ａおよび図１８ＢはMDACの他の例およびその動作を説明するための図であり、パイプライン型ＡＤ変換回路の小面積化および低電力化を図るために、オペアンプを共用化するものである。
【０１８８】
ここで、以下に説明する各図において、前述したサブＡＤ変換器ADC1およびADC2は、第４実施例および第５実施例には直接関係しないので省略してある。
【０１８９】
図１８Ａおよび図１８Ｂと、図２Ａおよび図２Ｂとの比較から明らかなように、図１８Ａおよび図１８Ｂに示すMDACでは、図２Ａ〜図２Ｃを参照して説明したMDACにおいて、オペアンプOP1およびOP2を１つのオペアンプ(OP1)で共用化するようになっている。
【０１９０】
すなわち、MDAC1において、入力電圧VINのサンプリングを行うサンプリングモード(期間(1)＋(2)：Ｓ)ではオペアンプが不要になり、演算を行うホールドモード(期間(3)＋(4)：Ｈ)でのみオペアンプが使用される。
【０１９１】
ここで、MDAC2は、MDAC1と逆相で動作するため、入力電圧(前段のMDAC1の出力電圧VO1＝VIN2)のサンプリングを行うサンプリングモード(期間(3)＋(4)：Ｓ)ではオペアンプが不要になる。そして、演算を行うホールドモード(タイミング(1)＋(2)：Ｈ)でのみオペアンプ使用されている。
【０１９２】
そこで、MDAC1とMDAC2のオペアンプが必要な期間が異なることを利用して、期間(1)＋(2)では、オペアンプ(OP1)をMDAC2のオペアンプOP2として使用し、また、期間(3)＋(4)では、オペアンプOP1をMDAC1のオペアンプOP1として使用するようになっている。なお、図示しないサブＡＤ変換器ADC1, ADC2のコンパレータに関しても共用化することは可能である。
【０１９３】
しかしながら、MDACの容量(MDAC1の演算容量C1n1, C1n2およびMDAC2の演算容量C2n1, C2n2)は個別に設ける必要があり、共用化することはできていない。
【０１９４】
図１９Ａおよび図１９Ｂは前述した第１実施例のMDACおよびその動作を説明するための図である。
【０１９５】
図１９Ａおよび図１９Ｂに示されるように、例えば、図９Ａに示すような第１実施例のMDACにおいても、１つのオペアンプ(OP1)を前後のMDAC(例えば、MDAC1およびMDAC2)で共用化することが可能である。
【０１９６】
また、図１５Ａ〜図１７を参照して説明したように、第３実施例のMDACにおいては、MDACの演算出力が２回(H(1)およびH(2))出力されることを利用して、コンパレータ数を低減することが可能であった。
【０１９７】
ここで、図１９Ａおよび図１９Ｂに示されるように、C1n1は期間(1)および(4)で未使用になり、C1n2は期間(1)で未使用になり、C2n1は期間(2)および(3)で未使用になり、そして、C2n2は期間(3)で未使用になっている。
【０１９８】
後述する第４および第５実施例のMDACは、MDACの容量(MDAC1のC1n1, C1n2およびMDAC2のC2n1, C2n2)の未使用期間を利用して、容量に関しても共用化を図るものである。
【０１９９】
ここで、MDACの回路構成に関して、具体的に、例えば、１．５ｂ構成のMDACは、第１構成例(タイプＩ)および第２構成例(タイプII)の２種類の回路構成が考えられる。
【０２００】
図２０Ａは１．５ｂ構成のMDACの第１構成例(タイプＩ)をサンプリング時とホールド時に分けて示す回路図であり、また、図２０Ｂ〜図２０Ｄは図２０ＡのMDACの動作を説明するための図である。
【０２０１】
さらに、図２１Ａは１．５ｂ構成のMDACの第２構成例(タイプII)をサンプリング時とホールド時に分けて示す回路図であり、また、図２１Ｂ〜図２１Ｄは図２１ＡのMDACの動作を説明するための図である。
【０２０２】
ここで、図２０Ａ〜図２０Ｄは、前述した図３Ａ〜図３Ｄに対応し、図３Ａ〜図３ＤのMDAC1におけるADC1(サブＡＤ変換器)および関連する信号を省略したものに対応する。
【０２０３】
なお、図８Ａ〜図１７の第１実施例〜第３実施例のMDACは、タイプＩの回路に基づいたものになっているが、第１実施例〜第３実施例のMDACとしてタイプIIの回路に適用することも可能である。
【０２０４】
まず、図２０Ａ〜図２０Ｄに示されるように、すなわち、図３Ａ〜図３Ｄを参照して説明したように、図２０Ａに示すタイプＩの１．５ｂ構成のMDAC1において、C1S＝C1n1+C1n2＝C0, C1H＝C0/2およびC1MDAC＝C0/2の関係が成立している。なお、帰還量βは、β＝C1H/(C1H＋C1MDAC)＝1/2で、信号増幅率ｍは、ｍ＝C1S/C1H＝２になっている。
【０２０５】
一方、図２１Ａに示すタイプIIの１．５ｂ構成のMDAC1において、C1S＝C1s11+C1s12＝C0, C1H＝C0/2およびC1MDAC＝C1S＝C0の関係が成立している。また、帰還量βは、β＝C1H/(C1H＋C1MDAC)＝1/3で、信号増幅率ｍは、ｍ＝C1S/C1H＝２になっている。
【０２０６】
すなわち、図２１Ａの左側，並びに，図２１Ｂの期間(1)および(2)((1)＋(2))に示されるように、MDAC1のサンプリング(Ｓ)時において、スイッチ制御部SWC1は、スイッチSWS1A/11B/12B/2Bに対する制御信号を高レベル『Ｈ』にしてこれらのスイッチをオンする。
【０２０７】
さらに、期間(1)＋(2)のMDAC1のサンプリング時において、スイッチ制御部SWC1は、スイッチSWH1A/11B/12B/2Bに対する制御信号を低レベル『Ｌ』にする。これにより、スイッチSWH1A/11B/12B/2Bはオフする。
【０２０８】
なお、MDAC1が入力信号VINをサンプリングするサンプリング容量C1Sは、スイッチSWH1A/11B/12Bがオンして容量C1S11およびC1S12が並列接続されるため、サンプリング容量C1Sは、C1S＝C1S11＋C1S12になる。そして、C1S11＝C1S12＝C0/2とすると、上述したように、C1S＝C1s11+C1s12＝C0になる。
【０２０９】
次に、図２１Ａの右側，並びに，図２１Ｂの期間(3)および(4)((3)＋(4))に示されるように、MDAC1のホールド(Ｈ：演算)時において、スイッチ制御部SWC1は、スイッチSWS1A/11B/12B/2Bに対する制御信号を『Ｌ』にしてこれらのスイッチをオフする。
【０２１０】
さらに、期間(3)＋(4)のホールド時において、スイッチ制御部SWC1は、スイッチSWH1A/11B/12B/2Bに対する制御信号を『Ｈ』にする。これにより、スイッチSWH1A/11B/12B/2Bはオンする。
【０２１１】
これにより、上述したように、ホールド容量C1Hおよび演算容量C1MDACは、C1H＝C0/2およびC1MDAC＝C1s＝C0になり、帰還量βは、β＝C1H/(C1H＋C1MDAC)＝1/3になり、そして、信号増幅率ｍは、ｍ＝C1S/C1H＝２になる。
【０２１２】
ここで、信号増幅率ｍ＝２のときのVIN/VRとVO/VRの関係は図２１Ｃのようになり、また、入力電圧VIN(比較電圧VCMP), デジタル出力DO, 加減算係数DA1, サブＤＡＣ101の出力電圧VDA1およびオペアンプOP1の出力電圧VOは、図２１Ｄのようになる。なお、図２１Ｃおよび図２１Ｄは、上述した図２０Ｃおよび図２０Ｄと同じである。
【０２１３】
図２２Ａおよび図２２Ｂは第２構成例(タイプII)のMDACの基本動作を説明するための図であり、上述した図２１Ａおよび図２１Ｂをより分かりやすく示すものである。なお、図２２Ａに示すMDACは、２つのMDAC(MDAC1, MDAC2)で１つのオペアンプ(OP1)を共用化するようになっている。
【０２１４】
ここで、説明を簡略化するために、C1S＝C1MDAC＝C0, C1H＝C0/m, C2S＝C2MDAC＝C0/m, C2H＝C0/mとする。なお、ｍは、信号増幅率を示している。
【０２１５】
まず、図２２Ａの上側，並びに，図２２Ｂの期間(1)＋(2)に示されるように、MDAC1がサンプリング(Ｓ)でMDAC2が演算(Ｈ)時には、MDAC1のオペアンプ(OP1)は未使用でMDAC2のオペアンプ(OP2)は使用される(動作する)。
【０２１６】
また、期間(1)＋(2)において、MDAC1の容量C1SおよびMDAC2の容量C2MDAC, C2Hは使用され、MDAC1の容量C1Hはリセットされる。
【０２１７】
一方、図２２Ａの下側，並びに，図２２Ｂの期間(3)＋(4)に示されるように、MDAC1が演算でMDAC2がサンプリング時には、MDAC1のオペアンプ(OP1)は使用されるがMDAC2のオペアンプ(OP2)は未使用になっている。
【０２１８】
また、期間(3)＋(4)において、MDAC1の容量C1MDAC, C1HおよびMDAC2の容量C2Sは使用され、MDAC2の容量C2Hはリセットされる。
【０２１９】
そこで、オペアンプ(OP1：共用オペアンプ)を２つのMDAC(MDAC1, MDAC2)で共用化するようになっている。しかしながら、図２２Ａおよび図２２ＢのMDACでは、容量をMDAC1およびMDAC2で共用化することはできない。
【０２２０】
以下に説明する第４実施例および第５実施例は、容量をMDAC1およびMDAC2で共用化し、スイッチドキャパシタ回路或いはＡＤ変換回路の占有面積をより一層低減せんとするものである。
【０２２１】
図２３Ａおよび図２３Ｂは第４実施例のMDACおよびその動作を説明するための図である。なお、本第４実施例のMDACは、第２構成例(タイプII)のMDACであり、前述した第１〜第３実施例のMDACと同様に、変換タイミングＴを４つの期間(1)〜(4)に分けて制御するようになっている。
【０２２２】
まず、図２３Ａと上述した図２２Ａとの比較から明らかなように、本第４実施例のMDACでは、オペアンプ(OP1：共用オペアンプ)を２つのMDAC(MDAC1, MDAC2)で共用化するだけでなく、容量(CSC：共用容量)も２つのMDACで共用化するようになっている。
【０２２３】
すなわち、図２３Ａおよび図２３Ｂに示されるように、容量CSCは、期間(1)ではC2MDACとして使用され、期間(2)ではC1Sとして使用され、期間(3)ではC1MDACとして使用され、そして、期間(4)ではC2Sとして使用されるようになっている。
【０２２４】
ここで、図２３Ａおよび図２３Ｂに示されるように、ホールド容量C1HおよびC2Hは、MDAC1およびMDAC2に対して専用に設ける必要があるが、MDAC1およびMDAC2のサンプリング容量C1SおよびC2S並びに演算容量C1MDACおよびC2MDACは共用化可能なことが分かる。
【０２２５】
なお、本第４実施例のMDACにおいて、オペアンプ(共用オペアンプOP1)がMDAC1およびMDAC2で共用化されるのは、図２２Ａおよび図２２Ｂを参照して説明したのと同様である。
【０２２６】
また、複数のMDACを従属接続したパイプライン型ＡＤ変換回路において、後段のMDACのサンプリング容量(例えば、MDAC2の容量C2S)は、前段のMDACのサンプリング容量(例えば、MDAC１の容量C1S)よりもその値は小さくてもよい。すなわち、後段のMDACのサンプリング容量(C2S)は、前段のMDACのサンプリング容量(C1S)の一部を使用するようにしてもよい。
【０２２７】
図２４Ａは第４実施例のMDACの一例を示す回路図であり、また、図２４Ｂは図２４ＡのMDACの動作を説明するための図である。
【０２２８】
図２４Ａにおいて、参照符号CSC11およびCSC12は共用化して使用する共用容量(CSC)を示し、CH1は第１のMDAC(MDAC1)として使用するときのホールド容量(C1H)を示し、そして、CH2は第２のMDAC(MDAC2)として使用するときのホールド容量(C2H)を示している。
【０２２９】
ここで、本第４実施例のMDACの説明では、スケーリング無の場合を想定し、CH1＝CH2＝CO/2, CSC1＝CSC11＋CSC12＝COとしている。
【０２３０】
図２４Ａに示されるように、MDAC0(スイッチドキャパシタ回路)は、容量CH1, CH2, CSC11, CSC12(２つ以上の内部容量)およびオペアンプOP0(１つ以上の増幅器)を有する。さらに、MDAC0は、スイッチSWVIN1, SWVIN2, SWSC1A/11B/12B, SWHC1A/11B/12B, SWSH1A/1B, SWHH1A/1B, SWSH2A/2B, SWHH2A/2B(２つ以上の内部スイッチ)を有する。
【０２３１】
まず、図２４Ｂの期間(1)において、スイッチ制御部SWC1は、スイッチSWVIN1, SWHC1A/11B/12B, SWHH2A/2Bに対する制御信号を高レベル『Ｈ』にしてこれらのスイッチをオンする。
【０２３２】
さらに、期間(1)において、スイッチ制御部SWC1は、スイッチSWVIN2, SWSC1A/11B/12B, SWSH1A/1B, SWHH1A/1B, SWSH2A/2Bに対する制御信号を低レベル『Ｌ』にしてこれらのスイッチをオフする。
【０２３３】
これにより、MDAC0において、図２３Ａの期間(1)のように、容量CSC11が第２のMDAC(MDAC2)の演算容量C2MDACとして機能する。なお、容量CH2は、第２のMDAC(MDAC2)のホールド容量C2Hとして接続されることになる。
【０２３４】
次に、図２４Ｂの期間(2)において、スイッチ制御部SWC1は、スイッチSWSC1A/11B/12B, SWSH1A/1Bに対する制御信号を『Ｈ』にしてこれらのスイッチをオンし、また、スイッチSWHC1A/11B/12Bに対する制御信号を『Ｌ』にしてこれらのスイッチをオフする。
【０２３５】
なお、期間(2)において、他のスイッチSWVIN1, SWVIN2, SWHH1A/1B, SWSH2A/2B, SWHH2A/2Bに対する制御信号は、期間(1)と同じレベルに維持される。
【０２３６】
これにより、MDAC0において、図２３Ａの期間(2)のように、容量CSC11, CSC12が第１のMDAC(MDAC1)のサンプリング容量C1Sとして機能する。なお、容量CH2は、第２のMDAC(MDAC2)のホールド容量C2Hとしての接続を維持し、また、容量CH1は、リセットされることになる。
【０２３７】
さらに、図２４Ｂの期間(3)において、スイッチ制御部SWC1は、スイッチSWVIN2, SWHC1A/11B/12B, SWHH1A/1Bに対する制御信号を『Ｈ』にしてこれらのスイッチをオンする。さらに、スイッチ制御部SWC1は、スイッチSWVIN1, SWSC1A/11B/12B, SWSH1A/1B, SWHH2A/2Bに対する制御信号を『Ｌ』にしてこれらのスイッチをオフする。なお、期間(3)において、スイッチSWSH2A/2Bに対する制御信号は、期間(2)と同じレベルに維持される。
【０２３８】
これにより、MDAC0において、図２３Ａの期間(3)のように、容量CSC11が第１のMDAC(MDAC1)の演算容量C1MDACとして機能する。なお、容量CH1は、第１のMDAC(MDAC1)のホールド容量C1Hとして接続されることになる。
【０２３９】
そして、図２４Ｂの期間(4)において、スイッチ制御部SWC1は、スイッチSWSC1A/11B/12B, SWSH2A/2Bに対する制御信号を『Ｈ』にしてこれらのスイッチをオンし、また、スイッチSWHC1A/11B/12Bに対する制御信号を『Ｌ』にしてこれらのスイッチをオフする。
【０２４０】
なお、期間(4)において、他のスイッチSWVIN1, SWVIN2, SWSH1A/1B, SWHH1A/1B, SWHH2A/2Bに対する制御信号は、期間(3)と同じレベルに維持される。
【０２４１】
これにより、MDAC0において、図２３Ａの期間(4)のように、容量CSC11, CSC12が第２のMDAC(MDAC2)のサンプリング容量C2Sとして機能する。なお、容量CH1は、第１のMDAC(MDAC1)のホールド容量C1Hとしての接続を維持し、また、容量CH2は、リセットされることになる。
【０２４２】
なお、本第４実施例のMDACにおいて、オペアンプOP1(共用オペアンプ)がMDAC1およびMDAC2で共用化できるのは、図２２Ａおよび図２２Ｂを参照して説明した通りである。
【０２４３】
このように、本第４実施例のMDACによれば、オペアンプだけでなく、容量(CSC：CSC11, CSC12)も２つのMDACで共用化することができ、スイッチドキャパシタ回路或いはＡＤ変換回路の占有面積をより一層低減することが可能になる。
【０２４４】
以上において、本第４実施例のMDACではスケーリングが可能であり、例えば、後段のMDAC2におけるサンプリング容量C2Sは、前段のMDAC1におけるサンプリング容量C1Sよりも小さくてよい。
【０２４５】
すなわち、スケーリング率をγとすると、一般的に、１．５ｂ構成のMDACの場合、γ＝1/2、また、２．５ｂ構成のMDACの場合、γ＝1/4になるので、後段のMDAC2のサンプリング容量C2Sは、前段のMDAC1のサンプリング容量C1Sの一部を使用することも可能である。
【０２４６】
次に、第５実施例のMDACを説明するが、その前に、図２５〜図２６Ｂを参照して並列MDAC(ダブルサンプリング方式のMDAC)の２つの構成例を説明する。
【０２４７】
このダブルサンプリング方式のＡＤ変換回路は、MDACを２個並列に設けてインターリブ動作することにより、同じ消費電力でＡＤ変換回路の変換速度を２倍に高速化するものである。
【０２４８】
図２５は並列MDACにおける第１構成例(タイプＩ)のMDACの基本動作を説明するための図である。ここで、ダブルサンプリング方式のMDAC(並列MDAC)は、例えば、上述した時間的に順に処理を行う２つのMDAC(MDAC1, MDAC2)を並列に設けて処理を行うものに対応する。
【０２４９】
また、チャネル１とチャネル２は逆相で動作するため、図２５に示すダブルサンプリング方式のMDACは、例えば、前述した図１８ＡにおけるMDAC1およびMDAC2の関係をMDAC1(E：偶数(Even)モード)およびMDAC1(O：奇数(Odd)モード)に置き換えればよい。
【０２５０】
すなわち、図２５に示されるように、期間(1)＋(2)において、MDAC1(E)は入力電圧VIN1(E)をサンプリング容量C1n1(E)＋C1n2(E)でサンプリングし、また、MDAC1(O)は演算を行う。
【０２５１】
なお、MDAC1(O)における演算容量はC1n1(O)になり、また、ホールド容量はC1n2(O)になる。また、期間(1)＋(2)では、演算を行うMDAC1(O)のオペアンプOP1(O)のみが使用され、サンプリングを行うMDAC1(E)のオペアンプOP1(E)は使用されない。
【０２５２】
次に、期間(3)＋(4)において、MDAC1(E)は演算を行い、MDAC1(O)は入力電圧VIN1(O)をサンプリング容量C1n1(O)＋C1n2(O)でサンプリングサンプリングを行う。
【０２５３】
なお、MDAC1(E)における演算容量はC1n1(E)になり、また、ホールド容量はC1n2(E)になる。また、期間(3)＋(4)では、演算を行うMDAC1(E)のオペアンプOP1(E)のみが使用され、サンプリングを行うMDAC1(O)のオペアンプOP1(O)は使用されない。
【０２５４】
そこで、期間(1)＋(2)と期間(3)＋(4)に分けてオペアンプ(OP1(E), OP1(O))を共用化(OP1(E))するようになっている。しかしながら、この図２５に示すタイプＩの並列MDACでは、MDAC1(E)およびMDAC1(O)でオペアンプを共用化することはできても、容量を共用化することはできない。
【０２５５】
図２６Ａおよび図２６Ｂは並列MDACにおける第２構成例(タイプII)のMDACの基本動作を説明するための図である。ここで、図２６Ａおよび図２６Ｂのダブルサンプリング方式のMDAC(並列MDAC)は、例えば、前述した図２２Ａおよび図２２ＢにおけるMDAC1およびMDAC2の関係をMDAC1(E)およびMDAC1(O)に置き換えればよい。
【０２５６】
すなわち、図２６Ａの左側，並びに，図２６Ｂの期間(1)＋(2)に示されるように、MDAC1(E)がサンプリング(Ｓ)でMDAC1(O)が演算(Ｈ)時には、MDAC1(E)のオペアンプ(OP1(E))は未使用でMDAC1(0)のオペアンプ(OP1(0))は使用される(動作する)。
【０２５７】
また、期間(1)＋(2)において、MDAC1(E)の容量C1S(E)およびMDAC1(O)の容量C1MDAC(O), C1H(O)は使用され、MDAC1(E)の容量C1H(E)はリセットされる。
【０２５８】
一方、図２６Ａの右側，並びに，図２６Ｂの期間(3)＋(4)に示されるように、MDAC1(E)が演算でMDAC１(O)がサンプリング時には、MDAC1(E)のオペアンプ(OP1(E))は使用されるがMDAC1(O)のオペアンプ(OP1(0))は未使用になっている。
【０２５９】
また、期間(3)＋(4)において、MDAC1(E)の容量C1MDAC(E), C1H(E)およびMDAC1(O)の容量C1S(O)は使用され、MDAC1(O)の容量C1H(O)はリセットされる。
【０２６０】
そこで、オペアンプ(OP1：共用オペアンプ)を２つのMDAC(MDAC1(E), MDAC1(O))で共用化するようになっている。しかしながら、図２６Ａおよび図２６ＢのMDACでは、容量をMDAC1(E)およびMDAC1(O)で共用化することはできない。
【０２６１】
図２７Ａおよび図２７Ｂは第５実施例のMDACおよびその動作を説明するための図であり、第２構成例(タイプII)のMDACである。
【０２６２】
ここで、本第５実施例のMDACは、前述した第４実施例のMDACをダブルサンプリング方式のMDAC(並列MDAC)に適用したものである。すなわち、図２７Ａ〜図２８Ｂは、前述した図２３Ａ〜図２４ＢにおけるMDAC1およびMDAC2の関係をMDAC1(E)およびMDAC1(O)に置き換えればよい。
【０２６３】
すなわち、図２７Ａおよび図２７Ｂに示されるように、容量CSCは、期間(1)ではC1MDAC(O)として使用され、期間(2)ではC1S(E)として使用され、期間(3)ではC1MDAC(E)として使用され、そして、期間(4)ではC1S(O)として使用されるようになっている。
【０２６４】
ここで、図２７Ａおよび図２７Ｂに示されるように、ホールド容量C1H(E)およびC1H(O)は、MDAC1(E)およびMDAC1(O)に対して専用に設ける必要がある。しかしながら、MDAC1(E)およびMDAC1(O)のサンプリング容量C1S(E)およびC1S(O)並びに演算容量C1MDAC(E)およびC1MDAC(O)は共用化可能なことが分かる。
【０２６５】
なお、本第５実施例のMDACにおいて、オペアンプ(共用オペアンプOP1(E))がMDAC1(E)およびMDAC1(O)で共用化されるのは、前述した通りである。
【０２６６】
図２８Ａは第５実施例のMDACの一例を示す回路図であり、また、図２８Ｂは図２８ＡのMDACの動作を説明するための図である。
【０２６７】
図２８Ａにおいて、参照符号CSC11およびCSC12は共用化して使用する共用容量(CSC)を示し、CH1Eは第１のMDAC(MDAC1(E))として使用するときのホールド容量(C1H(E))を示し、そして、CH1Oは第２のMDAC(MDAC1(O))として使用するときのホールド容量(C1H(O))を示している。
【０２６８】
ここで、本第５実施例のMDACの説明では、信号増幅率ｍ＝２の場合を想定し、CH1E＝CH1O＝CO/2, CSC1＝CSC11＋CSC12＝COとしている。
【０２６９】
図２８Ａに示されるように、MDAC0(スイッチドキャパシタ回路)は、容量CH1E, CH1O, CSC11, CSC12(２つ以上の内部容量)およびオペアンプOP0(１つ以上の増幅器)を有する。さらに、MDAC0は、スイッチSWVIN1Ｅ, SWVIN1O, SWSC1A/11B/12B, SWHC1A/11B/12B, SWSH1A/1B, SWHH1A/1B, SWSH2A/2B, SWHH2A/2B(２つ以上の内部スイッチ)を有する。
【０２７０】
まず、図２８Ｂの期間(1)において、スイッチ制御部SWC1は、スイッチSWVIN1Ｅ, SWHC1A/11B/12B, SWHH2A/2Bに対する制御信号を高レベル『Ｈ』にしてこれらのスイッチをオンする。
【０２７１】
さらに、期間(1)において、スイッチ制御部SWC1は、スイッチSWVIN1O, SWSC1A/11B/12B, SWSH1A/1B, SWHH1A/1B, SWSH2A/2Bに対する制御信号を低レベル『Ｌ』にしてこれらのスイッチをオフする。
【０２７２】
これにより、MDAC0において、図２７Ａの期間(1)のように、容量CSC11が第２のMDAC(MDAC1(O))の演算容量C1MDAC(O)として機能する。なお、容量CH1Oは、第２のMDAC(MDAC1(O))のホールド容量C1H(O)として接続されることになる。
【０２７３】
次に、図２８Ｂの期間(2)において、スイッチ制御部SWC1は、スイッチSWSC1A/11B/12B, SWSH1A/1Bに対する制御信号を『Ｈ』にしてこれらのスイッチをオンし、また、スイッチSWHC1A/11B/12Bに対する制御信号を『Ｌ』にしてこれらのスイッチをオフする。
【０２７４】
なお、期間(2)において、他のスイッチSWVIN1E, SWVIN1O, SWHH1A/1B, SWSH2A/2B, SWHH2A/2Bに対する制御信号は、期間(1)と同じレベルに維持される。
【０２７５】
これにより、MDAC0において、図２７Ａの期間(2)のように、容量CSC11, CSC12が第１のMDAC(MDAC1(E))のサンプリング容量C1S(E)として機能する。なお、容量CH1Oは、第２のMDAC(MDAC1(O))のホールド容量C1H(O)としての接続を維持し、また、容量CH1Eは、リセットされることになる。
【０２７６】
さらに、図２８Ｂの期間(3)において、スイッチ制御部SWC1は、スイッチSWVIN1O, SWHC1A/11B/12B, SWHH1A/1Bに対する制御信号を『Ｈ』にしてこれらのスイッチをオンする。さらに、スイッチ制御部SWC1は、スイッチSWVIN1E, SWSC1A/11B/12B, SWSH1A/1B, SWHH2A/2Bに対する制御信号を『Ｌ』にしてこれらのスイッチをオフする。なお、期間(3)において、スイッチSWSH2A/2Bに対する制御信号は、期間(2)と同じレベルに維持される。
【０２７７】
これにより、MDAC0において、図２７Ａの期間(3)のように、容量CSC11が第１のMDAC(MDAC1(E))の演算容量C1MDAC(E)として機能する。なお、容量CH1Eは、第１のMDAC(MDAC1(E))のホールド容量C1H(E)として接続されることになる。
【０２７８】
そして、図２８Ｂの期間(4)において、スイッチ制御部SWC1は、スイッチSWSC1A/11B/12B, SWSH2A/2Bに対する制御信号を『Ｈ』にしてこれらのスイッチをオンし、また、スイッチSWHC1A/11B/12Bに対する制御信号を『Ｌ』にしてこれらのスイッチをオフする。
【０２７９】
なお、期間(4)において、他のスイッチSWVIN1E, SWVIN1O, SWSH1A/1B, SWHH1A/1B, SWHH2A/2Bに対する制御信号は、期間(3)と同じレベルに維持される。
【０２８０】
これにより、MDAC0において、図２７Ａの期間(4)のように、容量CSC11, CSC12が第２のMDAC(MDAC1(O))のサンプリング容量C1S(O)として機能する。なお、容量CH1Eは、第１のMDAC(MDAC1(E))のホールド容量C1H(E)としての接続を維持し、また、容量CH1Oは、リセットされることになる。
【０２８１】
なお、本第５実施例のMDACにおいて、オペアンプOP1(E)がMDAC1(E)およびMDAC1(O)で共用化できるのは前述した通りである。
【０２８２】
このように、本第５実施例のMDACによれば、オペアンプだけでなく、容量(CSC：CSC11, CSC12)も２つのMDACで共用化することができ、スイッチドキャパシタ回路或いはＡＤ変換回路の占有面積をより一層低減することが可能になる。
【０２８３】
図２９は第４実施例および第５実施例のMDACと図２２Ａおよび図２６Ａに示すMDACの性能を比較して示す図である。なお、図２９では、信号増幅率ｍが、ｍ＝２だけでなくｍ＝４の場合も示している。
【０２８４】
ここで、図２２Ａおよび図２６Ａに示すMDAC、並びに、第４実施例および第５実施例のMDACは、ｍ＝２の１．５ｂ構成のMDACに関するものであるが、図２９では、図４Ａ〜図４Ｃを参照して説明したようなｍ＝４の２．５ｂ構成のMDACに関しても示している。
【０２８５】
すなわち、図２９は、図２２Ａおよび図２６Ａに相当するｍ＝４のMDAC、並びに、第４実施例および第５実施例を適用したｍ＝４のMDACのデータも含んでいる。
【０２８６】
なお、図２９において、第４実施例に関してはスケーリング有無の両方が示し、さらに、係数２はMDAC２個分の容量を考慮した。また、入力電圧(信号振幅)に関しては、その入力電圧の大きさを考慮せずに、(C1MDAC＋C1H)×係数２によりデータを求めた。
【０２８７】
図２９から明らかなように、第４実施例のMDACは、容量を共有化することにより、スケーリング無の場合には約３３％、また、スケーリング有の場合には約２２％だけ容量を低減、すなわち、容量(回路)の占有面積を低減させることができるのが分かる。
【０２８８】
また、第４実施例を適用したｍ＝４のMDACは、スケーリング無の場合には約４０％、また、スケーリング有の場合には約１６％だけ容量を低減、すなわち、回路の占有面積を低減させることができるのが分かる。
【０２８９】
さらに、第５実施例のMDACは、約３３％だけ容量を低減、すなわち、回路の占有面積を低減させることができ、また、第５実施例を適用したｍ＝４のMDACは、約４０％だけ容量を低減、すなわち、回路の占有面積を低減させることができるのが分かる。
【０２９０】
なお、信号増幅率ｍ＝２およびｍ＝４は、単なる例であり、第４実施例および第５実施例を適用したさらに多ビットのMDACにおいても、回路の占有面積を低減させる効果が発揮されるのは言うまでもない。
【０２９１】
図３０は各実施例のMDACが適用されるパイプライン型ＡＤ変換回路の一例を概略的に示すブロック図であり、また、図３１は各実施例のMDACが適用される循環比較型ＡＤ変換回路の一例を概略的に示すブロック図である。
【０２９２】
まず、上述した第１実施例〜第５実施例のMDACは、例えば、図３０に示されるようなパイプライン型ＡＤ変換回路200における従属接続された各ＭＤＡＣ回路202-1〜202-(n-1)に適用することができる。
【０２９３】
図３０に示されるように、パイプライン型ＡＤ変換回路200は、サンプルホールド(S/H)回路201、n-1段のＭＤＡＣ回路(MDAC)202-1〜202-(n-1)、最終段のフラッシュＡＤＣ203、および、ロジック演算回路(デジタル補正回路)204を有する。
【０２９４】
サンプルホールド回路201は、入力電圧VINを受け取って保持し、その出力信号をＭＤＡＣ回路202-1〜202-(n-1)に供給する。
【０２９５】
ロジック演算回路204は、ＭＤＡＣ回路202-1〜202-(n-1)の出力信号DB(1)〜DB(n-1)および最終段のフラッシュＡＤＣ203の出力信号DB(n)を受け取って、入力電圧VINをＭＤＡＣ回路の段数に応じた分解能でデジタル変換した出力コード(ＡＤＣ出力)を出力する。
【０２９６】
さらに、上述した第１実施例〜第５実施例のMDACは、例えば、図３１に示されるような循環比較型ＡＤ変換回路300におけるＭＤＡＣ回路303に適用することができる。
【０２９７】
すなわち、図３１に示されるように、循環比較型ＡＤ変換回路300は、スイッチ301、サンプルホールド(S/H)回路302、ＭＤＡＣ回路(MDAC)303およびロジック演算回路304を有する。なお、サンプルホールド回路302は、設けずに省略することもできる。
【０２９８】
サンプルホールド回路302は、スイッチ301を介して入力電圧VINまたはＭＤＡＣ回路303の出力電圧VO(i)=VI(i+1)の一方を受け取って保持し、スイッチ301は、ＭＤＡＣ回路303の出力電圧VO(i)を複数回循環させる。
【０２９９】
ＭＤＡＣ回路303からの循環される各回の出力信号DB(i)は、ロジック演算回路304に供給され、そして、ロジック演算回路304は、ＭＤＡＣ回路を循環する回数に応じた分解能でデジタル変換した出力コード(ＡＤＣ出力)を出力する。
【０３００】
以上、第１実施例〜第５実施例のMDAC(スイッチドキャパシタ回路)を詳述したが、例えば、各MDACにおけるスイッチおよび容量の個数や接続、或いは、スイッチ制御部により制御される各スイッチの切り換えタイミング等は様々に変更することが可能である。
【０３０１】
さらに、第１実施例〜第５実施例のスイッチドキャパシタ回路は、パイプライン型ＡＤ変換回路や循環比較型ＡＤ変換回路だけでなく、ＤＡ変換器やフィルタ等の様々な回路に対して幅広く適用することができるのは言うまでもない。
【０３０２】
以上の実施例を含む実施形態に関し、さらに、以下の付記を開示する。
（付記１）
２つ以上の内部容量，１つ以上の増幅器および２つ以上の内部スイッチを有するスイッチドキャパシタ回路と、
該スイッチドキャパシタ回路の次段に設けられたサンプリング容量および該サンプリング容量の接続をオン／オフ制御するサンプリングスイッチを有する負荷回路と、を有する回路において、
第１動作モードおよび第２動作モードを含む２種類以上の動作モードを有し、
前半の前記第１動作モードでは、前記次段のサンプリングスイッチをオフして、前記スイッチドキャパシタ回路の出力電圧と前記次段のサンプリング容量を切り離すと共に、前記スイッチドキャパシタ回路で演算を行い、
後半の前記第２動作モードでは、前記次段のサンプリングスイッチをオンして、前記スイッチドキャパシタ回路の出力電圧を前記次段のサンプリング容量にサンプリングし、そして、
前記スイッチドキャパシタ回路は、前記第１動作モードにおいて、１つ以上の前記内部容量を前記内部スイッチで切り離すことを特徴とするスイッチドキャパシタ回路。
【０３０３】
（付記２）
付記１に記載のスイッチドキャパシタ回路において、
前記増幅器は、演算増幅器であり、
前記第２動作モードでは、前記内部容量のうち，前記第１動作モードで前記演算増幅器の入力端子と出力端子間に接続した第１内部容量以外の全ての内部容量を、前記内部スイッチで切り離すことにより、前記演算増幅器が帰還量『１』の全帰還動作を行うことを特徴とするスイッチドキャパシタ回路。
【０３０４】
（付記３）
付記１または２に記載のスイッチドキャパシタ回路において、
前記第１動作モードの動作時間および前記第２動作モードの動作時間の比率を変化させることを特徴とするスイッチドキャパシタ回路。
【０３０５】
（付記４）
付記１または２に記載のスイッチドキャパシタ回路において、
前記第１動作モードおよび前記第２動作モードでの前記増幅器の電源電流を異なる値に設定することを特徴とするスイッチドキャパシタ回路。
【０３０６】
（付記５）
付記１〜４のいずれか１項に記載のスイッチドキャパシタ回路と、
入力する信号をＡＤ変換する１個以上の比較器を含むサブＡＤ変換器と、を有するＡＤ変換回路であって、
前記スイッチドキャパシタ回路は、前記入力する信号を増幅した第１信号および前記入力する信号をＡＤ変換した第２信号に基づいた加減算係数を使用して、参照電圧を加減算した結果を出力することを特徴するＡＤ変換回路。
【０３０７】
（付記６）
付記５に記載のＡＤ変換回路おいて、
前記スイッチドキャパシタ回路の前記内部容量は、前記増幅器の入力端子と出力端子間に接続された第１内部容量と、前記増幅器の前記入力端子と前記参照電圧を供給する参照電源線に接続された第２内部容量と、を含み、
前記第１内部容量は、前記第１動作モードおよび前記第２動作モードで前記増幅器の前記入力端子と前記出力端子間に接続され、
前記第２内部容量は、前記第１動作モードでは前記増幅器の前記入力端子と前記参照電源線間に前記内部スイッチのうちの第１内部スイッチを介して接続され、前記第２動作モードでは前記第１内部スイッチにより前記増幅器の前記入力端子から切断されることを特徴するＡＤ変換回路。
【０３０８】
（付記７）
付記５または６に記載のＡＤ変換回路において、
前記比較器は、前記入力する信号の電圧を、前段のスイッチドキャパシタ回路の前記第２動作モードの出力結果を使用して比較判定することを特徴するＡＤ変換回路。
【０３０９】
（付記８）
付記５または６に記載のＡＤ変換回路において、
前記比較器は、前記入力する信号の電圧を、前段のスイッチドキャパシタ回路の前記第１動作モードの出力結果を使用して比較判定することを特徴するＡＤ変換回路。
【０３１０】
（付記９）
付記５または６に記載のＡＤ変換回路において、
前記比較器は、前記入力する信号の電圧を、前段のスイッチドキャパシタ回路の前記第１動作モードおよび前記第２動作モードの両方の出力結果を使用して比較判定し、
前記第２動作モードで前記比較器が前記入力する信号の電圧を比較する比較レベルを、前記第１動作モードで前記比較器が前記入力する信号の電圧を比較した比較結果に応じて切り換えることを特徴するＡＤ変換回路。
【０３１１】
（付記１０）
付記９に記載のＡＤ変換回路において、
前記比較器の１個以上は、前記第１動作モードおよび前記第２動作モードの両方で使用されることを特徴するＡＤ変換回路。
【０３１２】
（付記１１）
付記１〜４のいずれか１項に記載のスイッチドキャパシタ回路を、第１スイッチドキャパシタ回路および第２スイッチドキャパシタ回路として２つ有するスイッチドキャパシタ回路群であって、
前記第１および第２スイッチドキャパシタ回路は、前記第１動作モードおよび前記第２動作モードのアナログ演算を異なる期間に実行し、
前記第１および第２スイッチドキャパシタ回路における前記内部容量は、サンプリング動作時にそれぞれ入力する信号をサンプリングするサンプリング容量群、並びに、アナログ演算を行う第１および第２アナログ演算容量群を有し、
前記アナログ演算の前記第１動作モード時は、前記第１アナログ演算容量群および前記第２アナログ演算容量群が前記増幅器に接続され、前記アナログ演算の前記第２動作モード時は、前記第１アナログ演算容量群が前記増幅器から切り離されると共に、前記サンプリング容量群が前記第１アナログ演算容量群に全て含まれるか、または、同じ容量群であり、
前記第１スイッチドキャパシタ回路の前記サンプリング容量群、および、前記第２スイッチドキャパシタ回路の前記サンプリング容量群の少なくとも一部を共用化することを特徴とするスイッチドキャパシタ回路群。
【０３１３】
（付記１２）
付記１１に記載のスイッチドキャパシタ回路群において、
前記第１スイッチドキャパシタ回路における前記サンプリング容量群および前記第１アナログ演算容量群は、前記第２スイッチドキャパシタ回路における前記サンプリング容量群および前記第１アナログ演算容量群と同じ容量群であり、
前記第１スイッチドキャパシタ回路における前記第２アナログ演算容量群および前記第２スイッチドキャパシタ回路における前記第２アナログ演算容量群は、それぞれ前記第１および第２スイッチドキャパシタ回路の各サンプリング動作時に、その両端の電荷を一定値にリセットすることを特徴とスイッチドキャパシタ回路群。
【０３１４】
（付記１３）
付記５〜１０のいずれか１項に記載のＡＤ変換回路を、第１ＡＤ変換回路および第２ＡＤ変換回路として２つ有するＡＤ変換回路群であって、
前記第１ＡＤ変換回路における第１スイッチドキャパシタ回路並びに前記第２ＡＤ変換回路における第２スイッチドキャパシタ回路は、前記第１動作モードおよび前記第２動作モードのアナログ演算を異なる期間に実行し、
前記第１および第２ＡＤ変換回路における前記内部容量は、サンプリング動作時にそれぞれ入力する信号をサンプリングするサンプリング容量群、並びに、アナログ演算を行う第１および第２アナログ演算容量群を有し、
前記アナログ演算の前記第１動作モード時は、前記第１アナログ演算容量群および前記第２アナログ演算容量群が前記増幅器に接続され、前記アナログ演算の前記第２動作モード時は、前記第１アナログ演算容量群が前記増幅器から切り離されると共に、前記サンプリング容量群が前記第１アナログ演算容量群に全て含まれるか、または、同じ容量群であり、
前記第１スイッチドキャパシタ回路の前記サンプリング容量群、および、前記第２スイッチドキャパシタ回路の前記サンプリング容量群の少なくとも一部を共用化することを特徴とするＡＤ変換回路群。
【０３１５】
（付記１４）
付記１３に記載のＡＤ変換回路群において、
前記第１スイッチドキャパシタ回路における前記サンプリング容量群および前記第１アナログ演算容量群は、前記第２スイッチドキャパシタ回路における前記サンプリング容量群および前記第１アナログ演算容量群と同じ容量群であり、
前記第１スイッチドキャパシタ回路における前記第２アナログ演算容量群および前記第２スイッチドキャパシタ回路における前記第２アナログ演算容量群は、それぞれ前記第１および第２スイッチドキャパシタ回路の各サンプリング動作時に、その両端の電荷を一定値にリセットすることを特徴とＡＤ変換回路群。
【０３１６】
（付記１５）
付記１４に記載のＡＤ変換回路群において、
前記第１および第２ＡＤ変換回路は、２個従属接続されていることを特徴とするＡＤ変換回路群。
【０３１７】
（付記１６）
付記１４に記載のＡＤ変換回路群において、
前記第１および第２ＡＤ変換回路は、２個並列接続されていることを特徴とするＡＤ変換回路群。
【０３１８】
（付記１７）
付記１５または１６に記載のＡＤ変換回路群において、
前記第１および第２ＡＤ変換回路における前記増幅器を共用化することを特徴とするＡＤ変換回路群。
【０３１９】
（付記１８）
付記５〜１０のいずれか１項に記載のＡＤ変換回路を２個以上有し、そのうちの２個のＡＤ変換回路を従属接続するか、或いは、付記１５に記載のＡＤ変換回路群を１個以上有することを特徴とするパイプライン型ＡＤ変換回路。
【０３２０】
（付記１９）
付記１６または１７に記載のＡＤ変換回路群を１個以上有して並列処理を行うことを特徴とする循環比較型ＡＤ変換回路。
【０３２１】
（付記２０）
付記５〜１０のいずれか１項に記載のＡＤ変換回路を１個以上有し、
１つのアナログ入力のＡＤ変換動作において、少なくとも前記ＡＤ変換回路を２回以上使用することを特徴とするＡＤ変換回路。
【符号の説明】
【０３２２】
１, 200    パイプライン型ＡＤ変換回路
10, 10-1〜10-(N-1)    ステージ回路
11, 201, 302    サンプルホールド(S/H)回路
12, 203    フラッシュＡＤ変換器(フラッシュADC)
13, 204, 304    デジタル補正回路(コード変換回路,ロジック演算回路)
100, 202-1〜202-(n-1), 303    ＭＤＡＣ回路(MDAC)
101    サブDAC
102    アナログ演算部
110    サブＡＤ変換器(ADC)
300    循環比較型ＡＤ変換回路
301    スイッチ
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つ以上の内部容量，１つ以上の増幅器および２つ以上の内部スイッチを有するスイッチドキャパシタ回路と、
該スイッチドキャパシタ回路の次段に設けられたサンプリング容量および該サンプリング容量の接続をオン／オフ制御するサンプリングスイッチを有する負荷回路と、を有する回路において、
第１動作モードおよび第２動作モードを含む２種類以上の動作モードを有し、
前半の前記第１動作モードでは、前記次段のサンプリングスイッチをオフして、前記スイッチドキャパシタ回路の出力電圧と前記次段のサンプリング容量を切り離すと共に、前記スイッチドキャパシタ回路で演算を行い、
後半の前記第２動作モードでは、前記次段のサンプリングスイッチをオンして、前記スイッチドキャパシタ回路の出力電圧を前記次段のサンプリング容量にサンプリングし、そして、
前記スイッチドキャパシタ回路は、前記第１動作モードにおいて、１つ以上の前記内部容量を前記内部スイッチで切り離すことを特徴とするスイッチドキャパシタ回路。
【請求項２】
請求項１に記載のスイッチドキャパシタ回路において、
前記増幅器は、演算増幅器であり、
前記第２動作モードでは、前記内部容量のうち，前記第１動作モードで前記演算増幅器の入力端子と出力端子間に接続した第１内部容量以外の全ての内部容量を、前記内部スイッチで切り離すことにより、前記演算増幅器が帰還量『１』の全帰還動作を行うことを特徴とするスイッチドキャパシタ回路。
【請求項３】
請求項１または２に記載のスイッチドキャパシタ回路と、
入力する信号をＡＤ変換する１個以上の比較器を含むサブＡＤ変換器と、を有するＡＤ変換回路であって、
前記スイッチドキャパシタ回路は、前記入力する信号を増幅した第１信号および前記入力する信号をＡＤ変換した第２信号に基づいた加減算係数を使用して、参照電圧を加減算した結果を出力することを特徴するＡＤ変換回路。
【請求項４】
請求項３に記載のＡＤ変換回路おいて、
前記スイッチドキャパシタ回路の前記内部容量は、前記増幅器の入力端子と出力端子間に接続された第１内部容量と、前記増幅器の前記入力端子と前記参照電圧を供給する参照電源線に接続された第２内部容量と、を含み、
前記第１内部容量は、前記第１動作モードおよび前記第２動作モードで前記増幅器の前記入力端子と前記出力端子間に接続され、
前記第２内部容量は、前記第１動作モードでは前記増幅器の前記入力端子と前記参照電源線間に前記内部スイッチのうちの第１内部スイッチを介して接続され、前記第２動作モードでは前記第１内部スイッチにより前記増幅器の前記入力端子から切断されることを特徴するＡＤ変換回路。
【請求項５】
請求項３または４に記載のＡＤ変換回路において、
前記比較器は、前記入力する信号の電圧を、前段のスイッチドキャパシタ回路の前記第１動作モードおよび前記第２動作モードの両方の出力結果を使用して比較判定し、
前記第２動作モードで前記比較器が前記入力する信号の電圧を比較する比較レベルを、前記第１動作モードで前記比較器が前記入力する信号の電圧を比較した比較結果に応じて切り換えることを特徴するＡＤ変換回路。
【請求項６】
請求項５に記載のＡＤ変換回路において、
前記比較器の１個以上は、前記第１動作モードおよび前記第２動作モードの両方で使用されることを特徴するＡＤ変換回路。
【請求項７】
請求項１または２に記載のスイッチドキャパシタ回路を、第１スイッチドキャパシタ回路および第２スイッチドキャパシタ回路として２つ有するスイッチドキャパシタ回路群であって、
前記第１および第２スイッチドキャパシタ回路は、前記第１動作モードおよび前記第２動作モードのアナログ演算を異なる期間に実行し、
前記第１および第２スイッチドキャパシタ回路における前記内部容量は、サンプリング動作時にそれぞれ入力する信号をサンプリングするサンプリング容量群、並びに、アナログ演算を行う第１および第２アナログ演算容量群を有し、
前記アナログ演算の前記第１動作モード時は、前記第１アナログ演算容量群および前記第２アナログ演算容量群が前記増幅器に接続され、前記アナログ演算の前記第２動作モード時は、前記第１アナログ演算容量群が前記増幅器から切り離されると共に、前記サンプリング容量群が前記第１アナログ演算容量群に全て含まれるか、または、同じ容量群であり、
前記第１スイッチドキャパシタ回路の前記サンプリング容量群、および、前記第２スイッチドキャパシタ回路の前記サンプリング容量群の少なくとも一部を共用化することを特徴とするスイッチドキャパシタ回路群。
【請求項８】
請求項７に記載のスイッチドキャパシタ回路群において、
前記第１スイッチドキャパシタ回路における前記サンプリング容量群および前記第１アナログ演算容量群は、前記第２スイッチドキャパシタ回路における前記サンプリング容量群および前記第１アナログ演算容量群と同じ容量群であり、
前記第１スイッチドキャパシタ回路における前記第２アナログ演算容量群および前記第２スイッチドキャパシタ回路における前記第２アナログ演算容量群は、それぞれ前記第１および第２スイッチドキャパシタ回路の各サンプリング動作時に、その両端の電荷を一定値にリセットすることを特徴とスイッチドキャパシタ回路群。
【請求項９】
請求項３〜６のいずれか１項に記載のＡＤ変換回路を、第１ＡＤ変換回路および第２ＡＤ変換回路として２つ有するＡＤ変換回路群であって、
前記第１ＡＤ変換回路における第１スイッチドキャパシタ回路並びに前記第２ＡＤ変換回路における第２スイッチドキャパシタ回路は、前記第１動作モードおよび前記第２動作モードのアナログ演算を異なる期間に実行し、
前記第１および第２ＡＤ変換回路における前記内部容量は、サンプリング動作時にそれぞれ入力する信号をサンプリングするサンプリング容量群、並びに、アナログ演算を行う第１および第２アナログ演算容量群を有し、
前記アナログ演算の前記第１動作モード時は、前記第１アナログ演算容量群および前記第２アナログ演算容量群が前記増幅器に接続され、前記アナログ演算の前記第２動作モード時は、前記第１アナログ演算容量群が前記増幅器から切り離されると共に、前記サンプリング容量群が前記第１アナログ演算容量群に全て含まれるか、または、同じ容量群であり、
前記第１スイッチドキャパシタ回路の前記サンプリング容量群、および、前記第２スイッチドキャパシタ回路の前記サンプリング容量群の少なくとも一部を共用化することを特徴とするＡＤ変換回路群。
【請求項１０】
請求項９に記載のＡＤ変換回路群において、
前記第１スイッチドキャパシタ回路における前記サンプリング容量群および前記第１アナログ演算容量群は、前記第２スイッチドキャパシタ回路における前記サンプリング容量群および前記第１アナログ演算容量群と同じ容量群であり、
前記第１スイッチドキャパシタ回路における前記第２アナログ演算容量群および前記第２スイッチドキャパシタ回路における前記第２アナログ演算容量群は、それぞれ前記第１および第２スイッチドキャパシタ回路の各サンプリング動作時に、その両端の電荷を一定値にリセットすることを特徴とＡＤ変換回路群。
【国際調査報告】
2011027465.tif 000074
2011027465.tif 000075